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【干貨】周建華:基于地月拉格朗日點(diǎn)的新型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)想

發(fā)布時(shí)間:2017-09-21 16:54

第六屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)年會暨首屆衛(wèi)星應(yīng)用國際博覽會的高端論壇上,北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心總師周建華做了題為《基于地月拉格朗日點(diǎn)的新型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)想》的主題報(bào)告。


這個(gè)報(bào)告為我們未來的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的描繪出了一個(gè)可行的發(fā)展方向。

目前我們衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨著幾個(gè)問題?

現(xiàn)在的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是嚴(yán)格依賴于地面的操控,所以離開地面站以后這個(gè)系統(tǒng)就不能工作。在自然災(zāi)害或者軍事行動當(dāng)中,這樣一個(gè)小系統(tǒng)可能性能就不能維持,在后現(xiàn)代計(jì)劃當(dāng)中都是立足于怎么不依賴地面系統(tǒng)還能夠很好的工作。

 

目前,在不依賴地面下,能保證性能的時(shí)間可能只能支持一天,現(xiàn)在隨著技術(shù)越來越好它也能支持幾天。

 

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)只是對地的,對地上空1000公里以內(nèi)的飛行器能夠支持導(dǎo)航。

 

為了解決系統(tǒng)自主運(yùn)行的問題,還能夠支持更大范圍,低空飛行器甚至高軌甚至深空活動,于是就提出基于地月拉格朗日點(diǎn)的新型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)想。

 

地月拉格朗日點(diǎn)的新型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)這個(gè)項(xiàng)目是基于什么概念?

學(xué)天文的都知道,在限制性三體問題上,地球和月球之間有五個(gè)拉格朗日點(diǎn),一個(gè)圍著月球旁邊,一個(gè)是在和地球月球呈等邊三角形位置上,還有一個(gè)在月球地球?qū)γ?,這個(gè)動力學(xué)特性可以把飛行器打在這個(gè)地方,便利它的操控,維持這樣的性能。用這樣的性能我們就能支持剛才說的兩大問題,一個(gè)是解決衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在地面沒有的時(shí)候它的精準(zhǔn)在哪里,可以把我們的活動拓展,探空活動肯定在地月空間,在火星范圍,這樣的系統(tǒng)能夠支持地月空間包括火星探測需要。


需要一些地面的鏈路,我們知道地球到月球是30萬公里的范圍,把衛(wèi)星布上幾個(gè)拉格朗日衛(wèi)星,在衛(wèi)星搭上一些鏈路,可以在這個(gè)星座當(dāng)中選擇幾個(gè)衛(wèi)星,和它共同構(gòu)建成一個(gè)聯(lián)合觀測,這樣的聯(lián)合觀測就可以支持深空探測器,也可以支持低軌網(wǎng)絡(luò)、高軌網(wǎng)絡(luò)和深空網(wǎng)絡(luò)的所有運(yùn)行。


那怎么實(shí)現(xiàn)呢?

在拉格朗日點(diǎn)上這樣的一個(gè)星座,在純粹的限制性三體問題下是不動的,但是實(shí)際上L5點(diǎn)是穩(wěn)定的,其他點(diǎn)是不穩(wěn)定的,一箭四星就把這個(gè)方案部署過去,可以通過一箭打四星,剩下軌道可以通過地面轉(zhuǎn)移過去。

  

這么遠(yuǎn)的系統(tǒng)有這樣很小巧的設(shè)備能夠進(jìn)行工作嗎?這么距離遠(yuǎn)的時(shí)候我們提出來將來導(dǎo)航和導(dǎo)航系統(tǒng)之間工作的一個(gè)載荷,這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)就可以通過一些空氣的介質(zhì)做這種助透劑的界限,加一些很少量的填充介質(zhì),做成這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)的天線水平的時(shí)候可以多波柬掃描,這樣就可以支持星和星之間的溝通。


相控陣這種方式可以做到工藝難度比較適中,性能又比較優(yōu)良,它又比較輕巧,這樣一個(gè)載荷一箭四星就可以發(fā),只要把相應(yīng)的配套載荷都拷上去,500公斤的載荷可以解決衛(wèi)星的應(yīng)用問題。我們的衛(wèi)星的整個(gè)設(shè)計(jì),可以采取這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)。


這樣一個(gè)系統(tǒng)怎么解決自主定軌的問題呢?我們知道衛(wèi)星上的地球非常不能自主定軌,因?yàn)樗艿囊κ乔驅(qū)ΨQ的引力,這樣一個(gè)系統(tǒng)如果沒有地面精準(zhǔn)給它的時(shí)候它是沒法定軌的,我只要星星之間進(jìn)行跟蹤,在理論上可以在絕對的空間精準(zhǔn)下把它的軌道定出來,它的原理就是我只要進(jìn)行星間的觀測,它就是可自主定軌的,不需要地面的依賴,只要星星之間的跟蹤就可以了。我們選出來它的軌道,能夠在穩(wěn)定工作的周期軌道上進(jìn)行工作。

 

如果這個(gè)系統(tǒng)成功建成的話會帶來什么?

這樣一個(gè)系統(tǒng)可以保證所有的軌道在沒有地面情況下可以實(shí)現(xiàn)拉格朗日衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星軌道測量精度,而且它這個(gè)時(shí)間實(shí)際上是不隨離開地面時(shí)間的影響。


如果這樣一個(gè)性能支持深空導(dǎo)航是什么情況呢?如果這樣一個(gè)系統(tǒng)的性能在地月空間進(jìn)行工作的時(shí)候,在環(huán)月軌道下它也能夠得到好于100米的性能,如果鏈路支持在火星探測這個(gè)范圍之內(nèi),同樣的技術(shù)、同樣的方法去算這個(gè)軌道,能夠在優(yōu)于1公里的范圍,這樣的性能就對深空導(dǎo)航,未來的人到月球的深空活動就能提供很好的支持。


周建華表示:我們也想北斗肯定要走一條跟GPS不一樣的路,能夠?qū)崿F(xiàn)我們更強(qiáng)更好的能力。我們想通過這個(gè)東西,至少是在國內(nèi)地區(qū)跟GPS競爭的是有它的競爭優(yōu)勢的,這是這次特別要想的一個(gè)主題,我們能夠做一個(gè)有國際競爭力的系統(tǒng)、項(xiàng)目和應(yīng)用,現(xiàn)在系統(tǒng)應(yīng)用的非常穩(wěn),通過這次改造以后基本服務(wù)導(dǎo)航性能都比過去要好!


(編輯:今日北斗)


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