↑↑↑Der Beidou-Finalstern wurde erfolgreich gestartet! „Beidou-Konstellation“ erstrahlt im Glanz der Weisheit Shanghais.

Am Morgen des 23. Juni wurde der letzte Beidou-3-Satellit des globalen Netzwerks erfolgreich gestartet.

Vom Start im Jahr 2009 bis zum Start des 30. Satelliten heute markiert die Fertigstellung des Beidou-3-Systems den erfolgreichen Abschluss der „dreistufigen“ Entwicklungsstrategie für die Entwicklung von Satellitennavigationssystemen, die für die nationalen Gegebenheiten geeignet sind und die unser Land seit den 1980er Jahren verfolgt.

Es gibt 24 Beidou-Satelliten in der mittleren Erdumlaufbahn, 3 in der geostationären Umlaufbahn und 3 in einer geneigten geosynchronen Umlaufbahn. Fast jeder Beidou-Satellit, der am Himmel leuchtet, verkörpert die harte Arbeit und den Beitrag der Wissenschaftler in Shanghai.

"Ein Stern ist verbunden, alle Sterne sind miteinander verbunden"

Lasst Satelliten auch "mit dem Himmel kommunizieren"

Das Entwicklungsteam des Beidou-Navigationssatellitensystems der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Zhangjiang, Pudong, hat die Entwicklung und den Start von zwölf Satelliten des Beidou-3-Systems abgeschlossen. Es wird 2018 ein Basissystem für das Beidou-Navigationssystem aufbauen und globale Dienste anbieten. Der vollständige Systemaufbau soll 2020 abgeschlossen sein und gleichzeitig eine neue Lösung für den Aufbau des globalen chinesischen Beidou-Satellitennavigationssystems liefern.

Das Team besteht dieses Jahr seit zehn Jahren. Das Durchschnittsalter der Teammitglieder liegt bei etwas über 30 Jahren. Man kann es als eine Art Neuling in der Raumfahrtbranche bezeichnen. Diese beeindruckende Truppe bringt frischen Wind in die etablierte und führende Satellitenforschung und -entwicklung. Während der Entwicklung von Beidou-3 schloss das Team Hunderte von Schlüsseltechnologie-Forschungsprojekten für Satellitenanwendungen ab.

▲Forscher führen Präzisionsmessungen auf dem Beidou-3-Satelliten durch (Foto mit freundlicher Genehmigung des Microsatellite Innovation Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)

In der Raumfahrt gilt die ungeschriebene Regel, dass der Anteil neuer Technologien, der bei jedem Stern zum Einsatz kommt, im Allgemeinen 30 % nicht übersteigt. Dieses Team setzte jedoch beim ersten Teststern fast 80 % der neuen Technologien ein.

Angetrieben von Innovationsgeist, unternimmt dieses junge Team den kühnen Versuch, Satellitendesign und -management grundlegend zu revolutionieren. Mithilfe von Technologien wie Rahmenpaneelstruktur, unabhängiger Sternsensorpositionierung und hochfunktionaler, integrierter Elektronikarchitektur entwickelt das Team die „Navigationssatelliten-Plattform der Chinesischen Akademie der Wissenschaften“, die die Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit von Satelliten deutlich verbessert.

Sie schlugen ein neuartiges Designkonzept einer „Funktionskette“ vor, um die internen Ressourcen des Satelliten bestmöglich zu optimieren und zu integrieren. Mehr als 20 ursprünglich für die Steuerung eingesetzte Computer wurden durch einen einzigen Hochleistungsrechner ersetzt, wodurch die Kosten deutlich gesenkt und gleichzeitig die Funktionsdichte erhöht wurde.

Erwähnenswert ist außerdem, dassSie haben bahnbrechende Fortschritte in der Technologie der Satellitenverbindung erzielt und eine „Ein-Stern-Konnektivität, Stern-zu-Stern-Konnektivität“ erreicht, wodurch Satelliten „im Himmel miteinander kommunizieren“ können und der Engpass beseitigt wurde, der das globale Netzwerk von Beidou eingeschränkt hatte.

▲Beidou-3 wird am Startplatz endmontiert (Foto mit freundlicher Genehmigung des Instituts für Mikrosatelliteninnovation der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)

Nach dem ersten Testsatelliten erzielte das Team auch bei der Weiterentwicklung des globalen Netzwerksatelliten Beidou-3 bahnbrechende Fortschritte in der Technologie zur autonomen Satellitendiagnose und -wiederherstellung. Dadurch verfügt der Satellit über Selbstdiagnose- und Selbstheilungsfunktionen. Satelliten können nun selbstständig Zustandsdiagnosen, Fehlerlokalisierung und -behebung ohne Eingriffe der Bodenstation durchführen, was die Verfügbarkeit der Satelliten erheblich verbessert.

Darüber hinaus nutzte Beidou-3 erstmals einen Hochleistungs-Halbleiterverstärker auf Galliumnitridbasis, um die Signalqualität effektiv zu verbessern; es durchbrach die hochpräzise Zeit-Frequenz-Nahtlosschalttechnologie und legte damit den Grundstein für die Erzielung einer hohen Kontinuität der globalen Systemsignale; es übernahm die heimische Loongson + FLASH-Architektur, schloss damit die Lücke bei heimischen Luft- und Raumfahrtprozessoren und realisierte die Lokalisierung aller Kerngeräte, wodurch die Entwicklung der gesamten Wertschöpfungskette vorangetrieben wurde.

Während wir den erfolgreichen Start des letzten globalen Netzwerksatelliten Beidou-3 in die Umlaufbahn verfolgten, begann für dieses Team eine neue Reise. Entsprechend den strategischen Navigationsbedürfnissen meines Landes soll bis 2035 ein umfassenderes, integrierteres und intelligenteres System zur Positionierung, Navigation und Zeitmessung aufgebaut werden. Wir werden uns weiterhin für die nächste Generation von Navigationssatelliten einsetzen.

Erschaffe ein starkes „Herz“ von Beidou

Es dauert 6 Millionen Jahre, um einen Fehler von 1 Sekunde zu erreichen.

Zeit- und Ortsinformationen sind wichtige strategische Ressourcen für ein Land. Die Gewinnung von Satellitenpositions- und präzisen Zeitinformationen sind die beiden Kernparameter von Navigationssatelliten – eine Zeitdifferenz von einer Milliardstel Sekunde (1 Nanosekunde) führt zu einem Entfernungsfehler von 0.3 Metern.

Um eine Navigations- und Positionsgenauigkeit im Dezimeter- und Zentimeterbereich zu erreichen, benötigen die Beidou-Satelliten ein starkes und zuverlässiges „Herz“ – eine weltraumgestützte Atomuhr – und ein scharfes und klares „Gehirn“ – ein Informationsverarbeitungssystem.

Im Jahr 2002 begann die Sternwarte Shanghai der Chinesischen Akademie der Wissenschaften mit der Forschung an passiven, weltraumgestützten Wasserstoff-Atomuhren, basierend auf jahrelanger Entwicklung bodengestützter aktiver Wasserstoff-Atomuhren. 2015 wurde die erste von ihnen entwickelte weltraumgestützte Wasserstoff-Atomuhr Chinas zusammen mit der neuen Generation der Beidou-Navigationssatelliten gestartet.

▲Prototypmodell der Weltraum-Wasserstoffatomuhr an Bord von Beidou-3 (Foto mit freundlicher Genehmigung des Shanghai-Observatoriums)

In den vergangenen fünf Jahren wurde die Leistung der Wasserstoffuhren, die den Beidou-Satelliten ins All gefolgt sind, kontinuierlich verbessert, und die Komponenten, Rohstoffe und Kerntechnologien wurden vollständig unabhängig voneinander kontrolliert.Diesmal begleitete eine Wasserstoffuhr der Shanghaier Sternwarte den „Final Star“ ins All. Ihre Genauigkeit beträgt weniger als eine Nanosekunde pro Tag, was einem Fehler von einer Sekunde in sechs Millionen Jahren entspricht. Sie zählt derzeit zu den leistungsstärksten Atomuhren im Weltraum.

Kurz vor dem Ende des Beidou-Netzwerks haben Wissenschaftler des Shanghai-Observatoriums eine leichtere Version der Beidou-Komponente entwickelt: Sie konnten das Gewicht der Wasserstoffuhr von 23 auf 13 Kilogramm reduzieren. Drei dieser Einheiten werden noch vor Jahresende an Nutzer ausgeliefert und sollen ab dem nächsten Jahr in Satelliten des Beidou-Netzwerks eingesetzt werden.

▲Wissenschaftliche Forscher des Shanghai-Observatoriums testen die in Entwicklung befindliche Wasserstoffuhr (Foto mit freundlicher Genehmigung des Shanghai-Observatoriums)

Neben einem starken „Herzen“ braucht es auch ein scharfes „Gehirn“. Die Sternwarte Shanghai hat das leistungsstärkste Gehirn für Beidou entwickelt, das Fehler in Echtzeit korrigieren und über mehrere Backups verfügen kann, um die Anforderungen an eine „schnelle, genaue und stabile“ Positionierung zu erfüllen.

Um das „leistungsstärkste Gehirn“ zu entwickeln, führte Hu Xiaogong, technischer Direktor des Informationsverarbeitungssystems der Shanghaier Sternwarte der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, das Team durch einen schmerzhaften Wandel „von Wissenschaftlern zu Ingenieuren“.

Beim Versuch, die von Newton und Einstein aufgestellten Formeln zur Berechnung natürlicher Himmelskörper auf die Bahnberechnungen künstlicher Himmelskörper wie Satelliten anzuwenden, stießen sie auf zu viele unerwartete Situationen.Sie bewältigten diverse Widrigkeiten und entwickelten und implementierten als weltweit Erste die Technologie zur gemeinsamen präzisen Bahnbestimmung von Satelliten, Bodenstationen und Satelliten mittels eines regionalen Überwachungsnetzwerks und einer Satellitenverbindung. Zudem entwarfen sie einen speziell entwickelten Algorithmus und erreichten schließlich die präzisen Positionierungsleistungsindikatoren von Beidou-3.

Um die Genauigkeit von Beidou weiter zu verbessern, entwickelte die Sternwarte Shanghai ein spezielles Laser-„Himmelsmaß“ – das erste mobile, ganztägig einsetzbare Satellitenlaser-Entfernungsmesssystem Chinas mit einer maximalen Reichweite von 38,800 Kilometern. Es wurde bereits erfolgreich für zentimetergenaue Laserentfernungsmessungen von Beidou-Satelliten eingesetzt. Dies leistet einen unersetzlichen und entscheidenden Beitrag zur Realisierung globaler Dienste durch das chinesische Beidou-Satellitennavigationssystem.

Fundamentverstärkung

Machen Sie Standortdienste so bequem wie das Internet.

Während das MicroStar Research Institute und die Shanghaier Sternwarte beide intensiv am Aufbau des Beidou-Navigationssystems arbeiten, nutzt Qianxun Position, ein Shanghaier Hightech-Unternehmen, Cloud Computing, Big-Data-Verarbeitung und eigene leistungsstarke Algorithmen, um „Beidou-Signale“ in ein komfortables Serviceerlebnis wie die Nutzung des mobilen Internets zu verwandeln.

Positionsbestimmung im Zentimeterbereich, Messgenauigkeit im Millimeterbereich und Zeitmessung im Nanosekundenbereich sind die Ergebnisse, die mit dem neuen System erzielt wurden, das Qianxun Positioning in den letzten fünf Jahren für den Bereich der globalen Satellitennavigation entwickelt hat.Stand 2019 können die hochpräzisen Dienste dieses Systems die meisten Gebiete des Landes abdecken, mit Ausnahme unbewohnter Gebiete.

▲Das Demonstrationsbild zeigt den Einsatz von Drohnen zur Pflanzenschutzbekämpfung in der Landwirtschaft, dargestellt durch das Positionierungssystem von Qianxun Position. Die Positionierungsgenauigkeit liegt im Zentimeterbereich, wodurch die Menge an ausgebrachten Pestiziden effektiv reduziert werden kann (Bild bereitgestellt von Qianxun Position).

„Beidou hat sein globales Netzwerk fertiggestellt. Wir werden noch in diesem Jahr gleichzeitig erweiterte globale Dienste anbieten, und die gesamte Verbindung wird die neuesten Beidou-3-Signale unterstützen.“ Chen Jinpei, CEO von Qianxun Position, erklärte, dass beide Kernprodukte des Unternehmens bereits die neuesten Signale unterstützen.

Ab November 2019 ersetzte Qianxun Position die Kernausrüstung der bodengestützten Beidou-Satelliten-Verbesserungsstation durch den eigens entwickelten Raum-Zeit-Server „Qianlong“, um die Verarbeitungskapazitäten aller Satellitennavigations-Öffentlichkeitsdienste, einschließlich Beidou-3, zu verbessern. Die Austauscharbeiten stehen kurz vor dem Abschluss.

Nach dem erfolgreichen Start des globalen Beidou-Netzwerksatelliten ist Chen Jinpei überzeugt, dass sich bald ein breiterer Markt erschließen wird. „In den nächsten drei Jahren wird Beidou seine Positionierung beschleunigen und mehr als eine Milliarde Nutzer erreichen.“

In den vergangenen fünf Jahren hat Qianxun Positioning eng mit führenden globalen Chipherstellern und Industriepartnern zusammengearbeitet, um die hochpräzise Beidou-Positionierungstechnologie mit 5G und künstlicher Intelligenz in Bereichen wie autonomes Fahren, industrielle Modernisierung, Vermessung und Kartierung, Smart Cities und öffentliche Dienstleistungen zu kombinieren und so die Implementierung von Beidou-Anwendungen voranzutreiben. Es wird erwartet, dass in diesem Jahr sechs Modelle autonomer Fahrzeuge, die mit der hochpräzisen Beidou-Positionierungstechnologie ausgestattet sind, offiziell in Serie produziert und auf den Markt gebracht werden.

▲Demonstrationsbild des Qianxun-Positionierungssystems. Zukünftig wird jedes Fahrzeug mit präzisen Zeit- und Ortsdaten versehen, um die Fahrzeug-Straßen-Kollaboration zu verbessern (Bild bereitgestellt von Qianxun Position).

Beidou Navigation hat eine völlig neue Welt erschlossen. 2019 rief Qianxun Positioning den Wettbewerb „Beidou Intelligent Maker“ ins Leben, der relevante Technologieplattformen bereitstellte und es verschiedenen innovativen Unternehmen und Einzelpersonen ermöglichte, sich an der Anwendungsentwicklung hochpräziser Positionierungsfunktionen zu beteiligen. Infolgedessen waren 40 % der Teilnehmenden nach 1995 geboren und 70 % unter 35 Jahre alt.

Der 23. Juni ist der letzte Tag der globalen Vernetzung des Beidou-Systems und gleichzeitig der Tag, an dem eine neue Ära der Beidou-Navigationsanwendungen beginnt.

Dieser Artikel ist ein Nachdruck aus „Xu Qimin Shanghai Wissenschaft und Technologie„Um den Schutz geistigen Eigentums zu gewährleisten, geben Sie bitte bei Nachdruck die Originalquelle und den Autor an. Sollten Urheberrechte verletzt werden, kontaktieren Sie uns bitte, damit wir das entsprechende Material entfernen können.“