運籌帷幄 控馭九霄—專訪“北斗”運控系統總設計師周建華

本刊特約記者 孫寶忱 本刊記者 徐菁

周建華總設計師

“北斗”衛星導航系統由六大系統組成，分別是衛星系統、火箭系統、發射場系統、測控系統、運控系統和應用系統，其中，運控系統是“北斗”獨有的。2012年，兩次以“一箭雙星”方式發射了“北斗”衛星，那么，每次發射的兩顆衛星如何加入到導航星座中？這對“北斗”運控系統帶來了哪些新的課題？為此，本刊記者對“北斗”運控系統總設計師周建華進行了專訪。

記者：對“北斗”運控系統來說，兩顆衛星同時入網與以往一顆衛星入網有沒有什么區別？

周總：“北斗”雙星同時發射并且入網，對運控系統來說變化不是太大，運控系統是針對整個導航星座設計的，能夠同時對星座的所有衛星進行跟蹤測量與運行控制。在通常情況下，一顆衛星在入網之前，我們會對該衛星的一些物理參數進行評價，對不穩定的參數需要重新標定，標定完成之后衛星才能入網。對于雙星發射來說，盡管就標定技術本身而言沒有差異，但是流程上有一些改變，系統軟件也作了修改，因為在入網之前我們不知道兩顆衛星的狀態，所以系統軟件必須分別對衛星姿態進行分析，以便確定兩顆星入網時的定軌方案，并優化定軌參數。

記者：與以往單星入網相比，雙星入網在時間安排上會不會更長？

周總：一般入網流程是在軌測試后的5～10天。如果兩顆衛星先后入軌的話，一共得花20天左右的時間。這是不可取的，只能是兩顆衛星同時入網。因此，我們圍繞5～10天的流程把設備調試好，軟件能同時分析兩顆衛星的入網過程。只要在兩顆衛星入網之前完成任務的調配，做好軌道參數的優化，標定好系統誤差，準備好數據，在5～10天內使兩顆衛星入網是不成問題的。

記者：衛星在入網前必須進行在軌測試，雙星上天的在軌測試會不會比以往的更復雜？需要多長時間才能完成在軌測試？

周總：兩顆衛星的在軌測試與一顆衛星的在軌測試相比有一定差別。由于地面運控設備不能對兩顆衛星同時進行測試，而且只有在中圓軌道衛星過境時才能觀測，因此在任務的組織和調度方面比以往更復雜，工作量更大。目前，在軌測試時間大概是20天，對衛星性能進行綜合測試與評價。2007年發射第一顆中圓軌道衛星時尚未構成星座，而2012年發射的兩批中圓軌道衛星是在區域組網基礎上進行的，其在軌測試和入網還存在一定的不確定性。從這個意義上說，運控設備也是首次正式跟蹤測量中圓軌道衛星，在運行控制過程中可能會遇到未曾出現過的問題。

記者：為了應對運控過程中可能出現的新問題，是否制定了相應的預案，并作了充分準備？

周總：目前，“北斗”導航系統已經提供服務，新發射的衛星是在系統運行服務過程中入網，一旦衛星入網時出現問題就會影響整個系統的服務，所以我們制定了幾十種預案。若衛星組網過程中性能指標達不到要求，則將其分離出來，按照預案做相應的分析和試驗。

記者：隨著組網衛星數量的增加，肯定也會有在軌衛星出現問題的情況，衛星數量越多，出現問題的概率也就越大，為了保證整個星座的正常運行，運控的難度會不會更大？

周總：是的。一方面，為了保障導航定位系統性能指標，星座衛星數量是越多越好；另一方面，衛星數量越多，發生故障的可能性越大，運控系統的壓力也就越大，若3顆衛星同時出現異常情況，系統就不能夠提供正常服務。例如，衛星在空間環境下會偶然發生單粒子事件，導致衛星無法正常工作，盡管我們事先做好了軌控計劃，但卻難于預測單粒子事件，當然，兩顆衛星同時出現單粒子事件的概率很小。另外，當衛星進入地影期間時，對其的運控策略也會有一些改變，尤其是傾斜地球同步軌道衛星是兩兩備份的，存在動偏轉到零偏問題，這需要采取特殊的運行控制策略。在星座正常運行的情況下，“北斗”系統提供用戶導航定位精度高，可以同GPS系統相媲美。

測試中的“北斗”導航衛星（南勇/攝）

搭載兩顆“北斗”衛星的長征－3B火箭即將發射（南勇/攝）

記者：對目前的“北斗”星座來說，2012年發射的中圓軌道衛星是首次入網，這對星座本身有何意義？

周總：中圓軌道衛星數量多以后覆蓋面更大，但2012年只發射入網了4顆中圓軌道衛星，所以衛星數量相對較少，尚不能主導區域導航系統整體性提升，其目的在于向全球導航系統過渡，這是有意義的。當然，在中圓軌道衛星過境期間，用戶導航定位精度將有一定程度提高。當星座中的中圓軌道衛星數量達到8顆時，其區域覆蓋性能將會有明顯改善，確保實時有一顆以上中圓軌道衛星過境。

記者：未來我國大運載研發成功之后，可能實現“一箭多星”發射，運控系統是否能做到更多衛星同時組網？

周總：根據任務要求，建設“北斗”全球衛星導航系統將采用大型運載火箭進行“一箭多星”發射。運控系統在實現多顆衛星同時組網方面是沒有問題的。在“北斗”地面運控系統研發階段，就首先考慮到了這一點，將同時對多顆衛星復雜系統的控制與管理作為一項關鍵技術進行了攻關研究。目前，我們已經具備這方面的能力，不存在技術瓶頸問題。當然，在具體實施過程中，還要針對一些細節問題，采取相應措施，以確保多星同時組網任務順利完成。