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北斗导航卫星定位系统“心脏”兰州造

来源: 每日甘肃网-兰州晨报  作者: 武永明   2015-07-29 10:11  编辑: 杨晨雨


  北斗导航卫星定位系统“心脏”兰州造

  高精度铷钟及星用贮箱等核心部件均由510所研制

  7月25日,搭载两颗新一代北斗导航卫星的“长征三号乙/远征一号”运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射。新华社照片

  每日甘肃网-兰州晨报讯(记者武永明)7月25日,搭载我国自主研制的第18、19颗新一代北斗导航卫星的运载火箭在西昌卫星发射中心点火发射升空,并精确入轨和正常运行,这对北斗“双胞胎”弟兄将为北斗全球组网承担“拓荒”使命。而被誉为卫星导航定位系统的“心脏”——高精度铷钟,以及北斗导航二期星用贮箱、北斗导航二期星用二次电源等核心产品均由中国航天科技集团公司五院510所研制。

  据介绍,此次发射的两颗北斗导航卫星与此前的北斗卫星相比发生了脱胎换骨的变化,设计寿命从以前的8年提高到12年,部件国产化率提高到98%,其“心脏”、“慧脑”、“铁骨”等关键器部件全部为“中国智造”。

  高精度铷钟兰州造

  高精度铷钟是北斗二号卫星系统有效载荷的核心设备,为整个卫星提供时间基准和频率基准,其稳定度直接决定了导航卫星的定位精度。相比一期铷钟物理部分,高精度铷钟物理部分的万秒和天稳定度提高了一个数量级。导航精度更加精确,自主导航时间延长。

  高精度铷钟物理部分不仅继承了一期铷钟物理部分的成熟研制经验,而且从优化设计、元器件选用、装配、测试、批产,每一个环节均体现了自主创新。

  铷钟被誉为卫星导航定位系统的“心脏”,是决定定位系统性能的主要因素之一。510所经过数年的研制,相继攻克了铷钟寿命、长期稳定度等难题,研制出中国第一台铷钟。相比之前,新一代高精度铷钟的定位、测距和授时等功能更加精准,可提供更加精确的定位服务。

  北斗导航二期星用贮箱

  贮箱和气瓶是卫星的通用产品,它们和汽车的油箱一样,贮存并管理着卫星所有的推进剂,并按工作指令适时向轨控和姿控发动机提供推进剂,对卫星运行方向和姿态进行有效控制,是整个卫星的动力来源和卫星推进分系统的关键部件。510所是我国卫星贮箱气瓶的主要供应商,在北斗导航二期工程任务中,先后生产交付各类推进剂贮箱30多只。

  北斗二期卫星推进剂贮箱为全金属焊接结构,由上下半球组件、圆柱段、支撑裙贮箱管理装置等组件焊接而成。为了适应导航卫星长期在轨工作要求,贮箱在继承相关成熟技术的基础上,实现了两大创新。一是整体外形为上下半球加中间圆柱的形状,二是在工作压力不变的前提下,通过优化设计,半球壳体壁厚减少了15%,通过调整圆柱段长度,使容积增加近30%。这一增一减,对制造工艺提出了考验。

  北斗导航卫星贮箱在研制过程中,由于批量大、节点紧,510所将以前按技术流程组织生产的模式,转变为按零组件组批生产模式,实行表格化管理,生产进度细化到每一个工序。

  北斗导航二期星用二次电源

  二次电源是将卫星一次电源电能变换为另一种形式和规则电能的装置,用以满足不同用电设备的需要,是卫星电源系统的重要组成部分。510所在北斗导航二期研制工作中,承担的二次电源模块涉及数据处理、原子钟、测控、通信、环境监测等多个分系统和单机设备,产品技术指标非常复杂。

  相比于二代一期,北斗导航二期二次电源的功率更大,一般通用产品最大功率为80瓦左右,相控阵天线用二次电源则高达280瓦。为了满足不同用电设备的需求,产品不得不采用多种电路变换方式完成功率变换,最多的时候达到了14路输出。不仅如此,产品要满足输出电压时序、输入分步加电和过流关机等一系列特殊要求。这每一项性能指标都对设计和装配是重大考验。

  为了实现小电压输出的精度控制和大电流输出的稳定性,科研人员在设计中进行了诸多创新。以相控阵天线用大功率电源为例,该产品在继承此前积累的成熟技术基础上,首次采用了其它常规电源没有使用过的平面变压器技术和倍流同步整流技术,使产品中使用的磁性件数量降低、体积减小和功率容量增大。为进一步缩小电感体积,采用了磁集成技术,极大地提高了整个变换器的动态响应速度,并减小了变换器的体积。星载氢钟配套高压电源是本次任务的另一个关键项目,其外形尺寸小,是一个13厘米×9厘米×4.5厘米的长方体,重量也只有一斤过一点,但是输出电压却高达3000伏,研制难度极大。研制人员通过提高开关频率、优化工艺装配、采用新电路等多项配套措施,使产品的技术指标和可靠性得到了大幅提高。

  二次电源研制除了设计之外,装配工艺非常关键。虽然产品整体比较小,但是每个模块里面装配的元器件数量多、体积小,在焊接过程中,稍不注意,焊膏喷涂量多一点儿,就容易产生“桥连”现象,引起短路或误差,造成难以估量的损失。操作人员在试验中反复探索,成功掌握了高密度引脚器件的焊接工艺,将集成电路器件的可焊接引脚间距减小到了0.5毫米。产品经过检验,所有引脚间距的器件无一“桥连”,焊点饱满,符合工艺要求。


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