7月25日，我國(guó)以“一箭雙星”形式一次成功發(fā)射兩顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星總數(shù)增加到19枚。這對(duì)北斗“雙胞胎”兄弟，將為北斗全球組網(wǎng)承擔(dān)“拓荒”使命。較之此前的北斗衛(wèi)星，北斗雙星發(fā)生了脫胎換骨的變化，部件國(guó)產(chǎn)化率提高到98%。作為蘭州人應(yīng)該引以為豪的，是被譽(yù)為衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)“心臟”的銣原子鐘，由地處咱蘭州的中國(guó)航天科技集團(tuán)五院510所和五院西安分院聯(lián)手研制成功。

　　高精度銣鐘是新發(fā)射的北斗雙星有效載荷的核心設(shè)備，為整個(gè)衛(wèi)星提供時(shí)間基準(zhǔn)和頻率基準(zhǔn)，其穩(wěn)定度直接決定了導(dǎo)航衛(wèi)星的定位精度。

　　北斗雙星“中國(guó)心”蘭州造

　　相比之前，新一代高精度銣鐘的定位、測(cè)距和授時(shí)等功能更加精準(zhǔn)，可提供更加精確的定位服務(wù)。由510所科研人員研制的高精度銣鐘物理部分，萬(wàn)秒和天穩(wěn)定度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。導(dǎo)航精度更加精確，自主導(dǎo)航時(shí)間延長(zhǎng)。

　　銣原子鐘被譽(yù)為衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的“心臟”，是決定定位系統(tǒng)性能的主要因素之一，但長(zhǎng)期為發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷。我國(guó)為進(jìn)口銣鐘嘗盡了受制于人的種種心酸，最終堅(jiān)定了“像星載銣鐘這樣的關(guān)鍵產(chǎn)品，必須自己干”的信念。在510所和西安分院的數(shù)年艱苦努力下，相繼攻克了銣鐘壽命、長(zhǎng)期穩(wěn)定度等難題，研制出我國(guó)第一臺(tái)銣鐘。

　　這一次，510所精研的新一代高精度銣鐘物理部分不僅繼承了此前的成熟研制經(jīng)驗(yàn)，而且從優(yōu)化設(shè)計(jì)、元器件選用、裝配、測(cè)試、批產(chǎn)，每一個(gè)環(huán)節(jié)均體現(xiàn)了自主創(chuàng)新。優(yōu)化設(shè)計(jì)是自主創(chuàng)新的必由之路，510所對(duì)標(biāo)國(guó)際最高水平，開展了大量理論分析和驗(yàn)證試驗(yàn)，找出了影響銣鐘物理部分指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，逐一攻克。科研人員采用了三泡設(shè)計(jì)，增加了光學(xué)濾光技術(shù)，提高了信噪比，減低了光頻移和微波功率頻移，減小了溫度系數(shù)，提高了銣鐘物理部分頻率穩(wěn)定度指標(biāo)。在工藝改進(jìn)方面，由于高精度銣鐘物理部分對(duì)銣泡的要求非常高，為了達(dá)到長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定銣泡的指標(biāo)要求，經(jīng)過不斷精雕細(xì)刻般的攻關(guān)，最終達(dá)到了提高了產(chǎn)品的頻率穩(wěn)定度，降低了漂移率的目標(biāo)。在簡(jiǎn)化電路方面，為提高產(chǎn)品真空長(zhǎng)期測(cè)試的穩(wěn)定性，在一期測(cè)試電路的基礎(chǔ)上，510所自主研制了相配套的高精度測(cè)試電路，提高了高精度銣鐘物理部分調(diào)試測(cè)試階段的穩(wěn)定性，其研制生產(chǎn)能力也同時(shí)得到了提升。

　　據(jù)科研人員介紹，高精度銣鐘物理部分所需的高頻三極管遭到國(guó)外禁運(yùn)，同時(shí)，國(guó)內(nèi)僅有的少數(shù)生產(chǎn)商，由于種種原因也不再生產(chǎn)，這給高精度銣鐘物理部分的研制工作進(jìn)一步增加了難度。510所經(jīng)過多方調(diào)研、積極聯(lián)系，最終在上級(jí)單位的幫助下，把目標(biāo)鎖定在了具有相關(guān)研制經(jīng)驗(yàn)的研究所。通過改變電路參數(shù)和裝配結(jié)構(gòu)經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終花費(fèi)一年多的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了高頻管的國(guó)產(chǎn)化替換。而這，僅僅是元器件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中的一個(gè)小小例證。據(jù)悉，高精度銣鐘物理部分所涉及到的元器件已全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

　　目前，510所高精度銣鐘物理部分的調(diào)試周期已有效縮短，年生產(chǎn)能力提升至30臺(tái)，為進(jìn)一步增強(qiáng)我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力做出了突出貢獻(xiàn)。

　　二次電源是將衛(wèi)星一次電源電能變換為另一種形式和規(guī)則電能的裝置，用以滿足不同用電設(shè)備的需要，是衛(wèi)星電源系統(tǒng)的重要組成部分。

　　星用二次電源為“北斗”控電

　　510所在北斗導(dǎo)航二期研制工作中，承擔(dān)的二次電源模塊涉及數(shù)據(jù)處理、原子鐘、測(cè)控、通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)分系統(tǒng)和單機(jī)設(shè)備，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)非常復(fù)雜。

　　相比此前，北斗導(dǎo)航二期二次電源的功率更大，一般通用產(chǎn)品最大功率為80瓦左右，相控陣天線用二次電源則高到280瓦。為了滿足不同用電設(shè)備的需求，產(chǎn)品不得不采用多種電路變換方式完成功率變換，最多的時(shí)候達(dá)到了14路輸出。不僅如此，產(chǎn)品要滿足輸出電壓時(shí)序、輸入分步加電和過流關(guān)機(jī)等一系列特殊要求。這每一項(xiàng)性能指標(biāo)都對(duì)設(shè)計(jì)和裝配是重大考驗(yàn)。

　　為了實(shí)現(xiàn)小電壓輸出的精度控制和大電流輸出的穩(wěn)定性，科研人員在設(shè)計(jì)中進(jìn)行了諸多創(chuàng)新，使產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和可靠性得到了大幅提高。

　　除了設(shè)計(jì)之外，二次電源的裝配工藝也非常關(guān)鍵。雖然產(chǎn)品整體比較小，但是每個(gè)模塊里面裝配的元器件數(shù)量多、體積小，在焊接過程中，稍不注意，焊膏噴涂量多一點(diǎn)兒，就容易產(chǎn)生“橋連”現(xiàn)象，引起短路或誤差，造成難以估量的損失。操作人員在試驗(yàn)中反復(fù)探索，成功掌握了高密度引腳器件的焊接工藝，將集成電路器件的可焊接引腳間距減小到了0.5毫米。產(chǎn)品經(jīng)過檢驗(yàn)，所有引腳間距的器件無(wú)一“橋連”，焊點(diǎn)飽滿，符合工藝要求。

　　510所科研人員記得，在2014年3月至6月，多個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品交叉并行，生產(chǎn)進(jìn)度吃緊。他們放棄節(jié)假日休息，加班加點(diǎn)趕進(jìn)度。“月西沉，春風(fēng)撩人。重負(fù)釋心輕，歸意懷疾行。抬腳落步擾鄰夢(mèng)，戶門輕閉不敢重，幼子驚起看父歸，翻身卻睡呼不應(yīng)。”這首510所電源人自創(chuàng)的《加班晚歸》，或許表達(dá)了更多航天人的心聲。

　　貯箱和氣瓶是衛(wèi)星的通用產(chǎn)品，猶如汽車的油箱，貯存并管理著衛(wèi)星所有的推進(jìn)劑，是整個(gè)衛(wèi)星的動(dòng)力來(lái)源和衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

　　星用貯箱為“北斗”提供動(dòng)力源

　　510所是我國(guó)衛(wèi)星貯箱氣瓶的主要供應(yīng)商，在北斗導(dǎo)航二期工程任務(wù)中，先后生產(chǎn)交付各類推進(jìn)劑貯箱30多只。

　　北斗二期衛(wèi)星推進(jìn)劑貯箱為全金屬焊接結(jié)構(gòu)，由上下半球組件、圓柱段、支撐裙貯箱管理裝置等組件焊接而成。為了適應(yīng)導(dǎo)航衛(wèi)星長(zhǎng)期在軌工作要求，貯箱實(shí)現(xiàn)了兩大創(chuàng)新：整體外形改為上下半球加中間圓柱；在工作壓力不變的前提下，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，半球殼體壁厚減少了15%，通過調(diào)整圓柱段長(zhǎng)度，使容積增加近30%。

　　為了確保貯箱圓柱段的質(zhì)量和可靠性，工藝人員研制了組裝、組焊、退火等全套大型工裝，主管工藝師在接到任務(wù)后，連續(xù)一個(gè)多月都泡在辦公室，天天加班至深夜，自行設(shè)計(jì)了30多套工裝圖，優(yōu)中選優(yōu)，才定下最終方案。與此同時(shí)，貯箱殼體壁厚度的減薄，雖然有效減輕了貯箱重量，但是對(duì)加工方法和精度控制提出了更嚴(yán)格的要求。研制人員突破了多項(xiàng)技術(shù)，提高了產(chǎn)品的一次過模率。蘭州晚報(bào)記者何燕