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北斗卫星导航系统“星间链路天线方案”尘埃落定

时间:2013-08-19浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

据报道,前不久,北斗卫星导航系统“星间链路天线方案”尘埃落定,中国航天科技集团公司五院提出的方案脱颖而出,作为方案中至关重要的技术,五院成功研制出国内首台“Ka星间链路相控阵天线”。有分析认为,这一天线装置的出现,使得各种卫星可以在太空中实现无障碍实时通信,可以随时进行“太空对话”,将大大提高北斗卫星导航系统的效能,也会成为解放军的“力量倍增器”。

相控阵天线即将“巡视九天”

作为一个由几十枚卫星组成的卫星群,北斗卫星导航系统(下称北斗系统)对星间链路提出严格的技术需求,要求在各个导航卫星之间实现“实时对话”。与依靠机械转动的传统天线不同,相控阵天线不用“扭脖子”,就可以随时为不同的卫星“牵线搭桥”,成为搭建星间链路的必然选择。

作为星间链路的核心设备,“Ka星间链路相控阵天线”具有性能指标要求高、重量体积功耗小、工程化难度大等诸多技术难点,其组成元器件繁多,研制工作涉及微波、天线、电子等多个专业,具有极强的系统性。中国在这方面取得成功,显示出在天基精密系统方面过人的研发能力。目前,中国航天科技集团公司五院总体部正在按既定流程紧锣密鼓地开展相关研制与生产工作,力争尽早实现首飞,让相控阵天线“巡视九天”,让北斗全球导航系统“威震四海”。

作为卫星导航系统的“北斗”和电子侦察卫星是中国军事卫星的两大组成部分。美国智库曾称中国卫星能力已经朝美国看齐,其北斗系统已进入试运行阶段。 据透露,到2020年,由35枚卫星组成的北斗系统将具备全球覆盖的能力。美国海军专家安德鲁·埃里克森表示,北斗系统将会为中国军方和民间使用者带来巨大价值,其定位信息的准确度达到了10米以内,将会对全世界开放。

美国《基督教科学箴言报》的文章称,与美国的全球卫星定位系统一样,北斗系统将拥有民用和军用两个类型。在供民用交通运输之用时,北斗系统的精确度可能在10米的范围内,该系统可以记录速度,误差范围在0.2米每秒。就军用型而言,其导航和定位的精确程度比民用型高出很多,至少美国第三代GPS系统投入使用之前,解放军将具备与美国军方当前所享有的同样的高精确度。而目前美国第三代GPS还处于原型阶段。据中国卫星导航系统办公室主任冉承奇称,北斗系统将把解放军的目标追踪能力提高100到1000倍,并且还能减少军用开支。如果中国能够在2020年为北斗系统完成35枚卫星的部署,解放军就能够摆脱对美国全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯的“格洛纳斯”卫星导航系统的依赖。北斗系统将为中国的导弹、精确制导武器和其他武器提供精确的定位和导航。北斗系统提供的跟踪和成像,将令解放军发动“外科手术”式的导弹打击及使用精确制导弹药的能力大大提高。

北斗系统为何如此重要?因为,准确地了解自己或对方在地球的什么位置,是任何一个国家都想掌握的最强大的技术之一。北斗系统的运行,让中国完全不再依赖美国的GPS系统,意味着解放军可以在没有美国任何干涉的情况下向世界任何一个地方调派自己的部队。目前,美国可以在某一个特定区域关闭自己的全球定位系统(GPS),这样该区域内的所有国家都不能利用GPS系统,当然包括敌对国家的军队。在北斗卫星定位系统投入运行之后,美国的这一战术将丧失效用。

先进天线助力北斗迈向第二代

众所周知,“北斗”从诞生之日起就肩负着重大的责任。世界上绝大部分精确制导武器都采用美国的GPS卫星定位系统制导,中国的导弹及其他精确打击武器也不例外。但在战时一旦美国关闭对中国武器的GPS卫星定位服务,或者降低精确等级,那么中国的精确打击武器是否会顿时失效?这是摆在中国航天及军事科技工作者面前的一个重大难题。

据美国布鲁金斯学会的报告称,数十年来,中国一直致力于研制自主的卫星导航系统。北斗计划从最初的“最高机密”,到如今已逐步推广应用。中国军队的导航和授时方式已经逐步由GPS向北斗转换,金融、电力、渔政和森林防火等民用领域也在逐步使用北斗系统。

美国著名智库兰德公司出台的一份报告称,中国的太空项目已经产生了重大成果。除成功击落卫星、展示在未来的冲突中干扰美国通信的能力外,中国在建立通信、气象和侦察卫星网络以及类似于GPS的北斗系统等方面取得了很大进步。虽然北斗系统目前尚未覆盖全球,可靠性也存在一定的问题,但重要的是这些系统可为解放军提供不依赖于美国的服务。

由于在全世界缺少监测基地,中国的北斗系统目前还落后于美国,一些系统信息,如侦察影像,可能只有在大大延迟后才能下载,因为卫星只有在飞到中国上方时才能连接。不过,中国新发射的卫星能够作为中继站,随着网络的完善,或已能够实时使用侦察影像。

在军事应用上,北斗一代覆盖范围的最宽处在北纬35度左右,也就是在日本及黄海一带,这是美军军事部署的关键海域。北斗一代能与战机的电子地图相结台,组成一个既有定位导航能力,又有地形显示功能的综合系统。经过电脑软件分析,北斗一代能直接在电子地图上标示出通过敌防空系统时的相对安全航线,为飞行员驾机执行任务提供可靠保障。北斗一代还能与军方各种光、声、电侦听设备(如雷射测距仪、战场侦察雷达、无人作战/侦察飞机等)和火力控制系统相配合,提高武器系统(包括导弹)的反应能力和命中率。

除了区域范围的限制外,北斗一代还有一些缺陷。北斗系统是典型的主动型双星定位系统,兼具发射和接收功能。缺点就是北斗一号的“有源终端”在定位过程当中会发射出电磁信号,在战时容易暴露出使用者之位置。北斗一代定位终端使用时,是由地面控制站把定位资讯返送给定位终端使用者(秒级),不能应用于音速飞行的装备如导弹、战机等。

在这种背景下,中国正在积极通过北斗二代解决最关键的数码化通讯与精确定位问题,而“Ka星间链路相控阵天线”项目的成功有助于突破这一技术瓶颈,使它更广泛地运用在军事上,主要包括:北斗二代将能为各种导弹提供精准导航服务,包括弹道导弹、巡航导弹、对陆攻击导弹、导引炸弹等,使其命中率大为提高;能让携带传统或核弹头的战机或战略轰炸机实施防区外的超远距离的精准空中打击;在潜艇方面,中国成功开发出了第一套水下高精度导航和定位系统,将卫星定位、导航技术和声纳技术结合起来,实现全球陆地、空间和海洋的一体化无缝导航。

随着北斗从一代发展到二代,涵盖范围从大陆区域扩展到全球。北斗二代若能建构完全,其强大的导航能力对于解放军的军力投射显然大有助益,尤其是在执行海外任务时,北斗就是解放军的“千里眼”。

信息标题:北斗卫星导航系统“星间链路天线方案”尘埃落定

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