刚刚发射的我国北斗三号工程第三、四颗组网卫星，正式拉开了新年度北斗高密度发射序幕。这是中国科学院今年在航天领域的“开局之战”，也是西昌卫星发射中心今年的第一个发射任务。作为中科院微小卫星创新研究院2018年的首发双星，它们在技术上有何创新与突破？解放日报·上观新闻记者在西昌卫星发射中心采访了卫星研发团队。

“这既是中国的北斗，也是世界的北斗。和北斗二号相比，北斗三号把服务从区域拓展到了全球，从性能指标来讲，有大幅提升，达到世界一流水平，值得民众期待。”卫星总设计师林宝军说，美国的GPS系统一度是导航系统的代名词，但如果美国人把GPS信号关了,没有了时间和位置信息，我们就会受制于人，因此必须要建造属于中国人自己的卫星导航系统。

切换备份信号时，用户根本感觉不到

 这次发射的北斗导航卫星有何特色？“首先是设计理念创新，引入了功能链的概念，使得小卫星实现了大卫星的功能。”林宝军介绍，过去一般是按分系统来整合载荷，现在则按学科划分，实现了专业的人做专业的事情。这颗卫星从原先的2吨大幅度瘦身，原本十几个分系统需要20多台计算机控制，现在优化为1台，大大简化了系统结构，也提升了卫星的可靠性。

卫星使用了中科院导航卫星专用平台。这个平台姿轨控精度比较高，相比过去提高了一个量级；计算机系统采用了国产自主可控的龙芯中央处理器，即使在恶劣的空间辐照环境下也能正常工作；首创模拟飞行状态下的整星全任务剖面闭环测试；具有优异的减振动减冲击能力。

全球首创导航星座星间链路技术，实现了一星通、星星通。卫星观测效率提高了10到30倍，测控的覆盖率从30%提高到了100%，对长达7万公里的卫星距离测量精度达到了1厘米，导航能力上了一个新台阶。

卫星采用了许多高可靠高可用的技术。比如，导航的核心就是时间，目前使用的氢钟比铷钟精度高一个数量级，大约1000万年才误差一秒，而且切换过程用户根本感觉不到，在20皮秒（1皮秒等于一万亿分之一秒）内就可以完成故障检测和“无缝切换”，实现自主连续提供信号。这就意味着，如果开车时导航信号中断，可以在用户察觉不到的情况下切换到备份信号。再比如，采用世界领先的自主导航技术。此外，实现了重构功能，即可以在空间直接修改程序。根据需要，新的用户需求也可以在北斗三号卫星上直接修改程序来实现。

令人自豪的是，卫星载荷的核心关键技术全部实现了国产化。如三工和馈电网络一体化技术，以往这两项技术是通过两个单独的设备来实现，现在通过一体化设计把它们合成1路，到了空间再分成12路，这一技术也是北斗三号卫星的首创。

不是为了创新而创新，而是着眼于解决“卡脖子”的实际问题

“不是为了创新而创新，每一次技术突破，都是着眼于解决‘卡脖子’的实际问题。”林宝军说。为了实现卫星的高可用性，他们在设计之初就大胆设想能否不依赖地面直接在空间修改程序，也就是说任何一个设备软件功能出现问题，都能在空间恢复。即使在团队内部，很多人都觉得不可能实现，认为这一想法过于冒进。过去，如果通过地面系统来指挥修改程序，一般需要好几天时间，这样卫星的可用性就大大降低了。林宝军回忆，当时用了一周时间在团队做工作，最终大家形成了共识。

“要想实现弯道超车，就要有自己的创新技术，敢于去尝试。”卫星副总设计师沈学民说。以往的卫星导航系统多依赖于地面站，由于领土领海限制，我国的地面站在境外的建设还相当有限。为了解决这一现实问题，攻克了导航星座星间链路技术与自主导航技术，从而解决了导航系统过于依赖地面站的问题，即使在地面站不足的情况下，也能保证导航精度。

   一些新的元器件，比如龙芯中央处理器等，如果要通过工业部门进行实际应用至少需要5到10年。在足够试验验证数据的支撑下，设计人员大胆地将其用于北斗卫星，效果非常好。

创新从来就不是一帆风顺的。不同于科学实验卫星，北斗导航卫星作为一颗业务卫星，其信号质量就是卫星生命所在，研发团队始终将信号质量的测试工作作为重中之重。以往的遥感或科学实验卫星，功率普遍比较小，几百瓦都算大的了，而此次的北斗三号卫星功率高达2千瓦，有很多想不到的困难会经常冒出来，也有许多需要改进优化之处，“为确保卫星在空间长期稳定运行，一个错误都不发生，很多器件都要改，有的甚至整个部组件都换掉了。”

尽管组批研制工作难度非常大，研制团队仍然坚持“自主创新、团结协作、攻坚克难、追求卓越”的北斗精神，在短短1年多时间里就完成了这组卫星研制全过程，为加快北斗全球系统建设作出了新的贡献。