↑↑↑Ostatnia Gwiazda Beidou pomyślnie wystrzelona! „Konstelacja Beidou” lśni mądrością Szanghaju

Rankiem 23 czerwca pomyślnie wystrzelono ostatniego globalnego satelitę sieciowego Beidou-3.

Od momentu wystrzelenia w 2009 r. do wystrzelenia 30. satelity dzisiaj, zakończenie prac nad systemem Beidou-3 oznacza pomyślne zakończenie „trójetapowej” strategii rozwoju, której celem jest stworzenie systemów nawigacji satelitarnej dostosowanych do warunków krajowych, a którą nasz kraj realizuje od lat 1980. ubiegłego wieku.

Na średniej orbicie okołoziemskiej (Medium Orbit) znajduje się 24 satelity Beidou, 3 na orbicie geostacjonarnej i 3 na nachylonej orbicie geostacjonarnej. Niemal każdy satelita Beidou świecący na niebie jest ucieleśnieniem ciężkiej pracy i wkładu naukowców z Szanghaju.

„Jedna gwiazda jest połączona, wszystkie gwiazdy są połączone”

Pozwólmy satelitom również „rozmawiać z niebem”

Zespół ds. rozwoju satelitów nawigacyjnych Beidou Chińskiej Akademii Nauk w Zhangjiang, Pudong, zakończył prace rozwojowe i wystrzelenie 12 satelitów w systemie Beidou-3. W 2018 roku zespół zbuduje podstawowy system nawigacyjny Beidou i zapewni usługi globalne. W 2020 roku zakończy budowę całego systemu i dostarczy nowe rozwiązanie dla chińskiego globalnego systemu nawigacji satelitarnej Beidou.

W tym roku zespół działa już od dziesięciu lat. Średnia wieku członków zespołu wynosi zaledwie ponad 30 lat. Można powiedzieć, że jest to nowy nabytek w branży aeronautycznej. To właśnie ta „niezwykła” siła wnosi więcej innowacyjnych inspiracji do stabilnych i wiodących badań i rozwoju satelitów. W trakcie prac nad Beidou-3 zrealizowali setki kluczowych projektów badawczych w zakresie technologii satelitarnych.

▲Naukowcy prowadzą precyzyjne pomiary na satelicie Beidou-3 (Zdjęcie dzięki uprzejmości Instytutu Innowacji Mikrosatelitarnych Chińskiej Akademii Nauk)

W dziedzinie aeronautyki obowiązuje niepisana zasada, że ​​na każdej gwieździe nowa technologia nie powinna przekraczać 30%, jednak ten zespół wykorzystał niemal 80% nowej technologii na pierwszej gwieździe testowej.

Kierując się innowacjami, ten młody zespół śmiało podejmuje próby zrewolucjonizowania koncepcji projektowania satelitów i metod zarządzania nimi. Wykorzystuje technologie takie jak struktura ramowa, niezależne pozycjonowanie czujników gwiezdnych oraz wysoce funkcjonalna, zintegrowana architektura elektroniczna o dużej gęstości, aby stworzyć „Dedykowaną Platformę Satelitarną Nawigacyjną Chińskiej Akademii Nauk”, która skutecznie zwiększa adaptowalność i skalowalność satelitów.

Zaproponowali oryginalną koncepcję „łańcucha funkcjonalnego”, aby zoptymalizować i zintegrować wewnętrzne zasoby satelity w maksymalnym stopniu. Zastąpili ponad 20 komputerów pierwotnie używanych do sterowania jednym komputerem o wysokiej wydajności, co znacznie obniżyło koszty, jednocześnie zwiększając gęstość funkcjonalną.

Co jeszcze warte jest wzmianki, to to, żeDokonali przełomu w technologii łączności międzysatelitarnej, osiągając „łączność w obrębie jednej gwiazdy, łączność między gwiazdami”, umożliwiając satelitom „komunikację ze sobą na niebie” i rozwiązując problem wąskiego gardła, który ograniczał globalną sieć Beidou.

▲Beidou-3 przechodzi obecnie końcowy montaż na stanowisku startowym (Zdjęcie dzięki uprzejmości Instytutu Innowacji Mikrosatelitarnych Chińskiej Akademii Nauk)

Po pierwszym satelicie testowym, zespół dokonał również przełomu w technologii autonomicznej diagnostyki i odzyskiwania danych w późniejszym rozwoju globalnego satelity sieciowego Beidou-3, umożliwiając mu „samodiagnozowanie i samoodzyskiwanie”. Satelity mogą przeprowadzać autonomiczną diagnostykę stanu, izolować usterki i odzyskiwać dane bez ingerencji naziemnej, co znacznie poprawia dostępność satelitów.

Ponadto w Beidou-3 po raz pierwszy zastosowano wysokiej mocy wzmacniacz półprzewodnikowy na bazie azotku galu, co pozwoliło na efektywną poprawę jakości sygnału. Układ ten przełamał barierę między precyzyjną technologią płynnego przełączania czasowo-częstotliwościowego, kładąc podwaliny pod osiągnięcie dużej ciągłości globalnych sygnałów systemowych. Zastosowano w nim krajową architekturę Loongson + FLASH, wypełniając lukę w krajowych procesorach lotniczych i umożliwiając lokalizację wszystkich głównych urządzeń, co napędza rozwój całego łańcucha przemysłowego.

Obserwując pomyślne wyniesienie na orbitę ostatniego globalnego satelity sieciowego Beidou-3, zespół rozpoczął nową podróż. Zgodnie ze strategicznymi potrzebami nawigacyjnymi mojego kraju, w 2035 roku powstanie bardziej powszechny, zintegrowany i inteligentny system pozycjonowania, nawigacji i pomiaru czasu. Będą kontynuować walkę o kolejną generację satelitów nawigacyjnych.

Stwórz silne „serce” Beidou

Aby uzyskać błąd 1 sekundy potrzeba 6 milionów lat

Informacje o czasie i położeniu przestrzennym stanowią ważne zasoby strategiczne dla kraju. Uzyskanie informacji o pozycji satelity i precyzyjnych danych o czasie na satelicie to dwa kluczowe parametry satelitów nawigacyjnych – różnica czasu wynosząca jedną miliardową sekundy (1 nanosekundę) spowoduje błąd odległości wynoszący 0.3 metra.

Aby osiągnąć dokładność nawigacji i pozycjonowania na poziomie decymetrów i centymetrów, satelity Beidou muszą mieć mocne i niezawodne „serce” – kosmiczny zegar atomowy – oraz precyzyjny i jasny „mózg” – system przetwarzania informacji.

W 2002 roku Szanghajskie Obserwatorium Chińskiej Akademii Nauk rozpoczęło badania nad pasywnymi, kosmicznymi zegarami atomowymi na wodór, opartymi na wieloletnim rozwoju naziemnych, aktywnych zegarów atomowych na wodór. W 2015 roku, pierwszy w moim kraju kosmiczny zegar atomowy na wodór, zbudowany przez to Obserwatorium, został wystrzelony z wykorzystaniem nowej generacji satelitów nawigacyjnych Beidou.

▲Prototyp kosmicznego zegara atomowego na wodór na Beidou-3 (zdjęcie dzięki uprzejmości Obserwatorium Szanghajskiego)

Przez ostatnie pięć lat wydajność zegarów wodorowych, które podążały za satelitami Beidou w kosmosie, była stale udoskonalana, a komponenty, surowce i kluczowe technologie były w pełni niezależnie kontrolowane.Tym razem zegar wodorowy dostarczony przez Obserwatorium Szanghajskie podążył śladem „Ostatniej Gwiazdy” w kosmos. Jego dokładność osiągnęła błąd mniejszy niż 1 nanosekunda dziennie, co odpowiada błędowi jednej sekundy na 6 milionów lat. Jest to obecnie jeden z najdokładniejszych zegarów atomowych na niebie.

Tuż przed końcem Beidou, naukowcy z Obserwatorium w Szanghaju opracowali lżejsze „serce” Beidou: udało im się zredukować wagę zegara wodorowego z 23 do 13 kilogramów. Trzy egzemplarze zostaną dostarczone użytkownikom do końca roku, a w przyszłym roku zostaną wykorzystane w satelitach sieci Beidou.

▲Naukowcy z Obserwatorium Szanghajskiego testują zegar wodorowy będący w fazie rozwoju (Zdjęcie dzięki uprzejmości Obserwatorium Szanghajskiego)

Z silnym „sercem” potrzebny jest również bystry „mózg”. Obserwatorium w Szanghaju opracowało „najpotężniejszy mózg” dla Beidou, który potrafi korygować błędy w czasie rzeczywistym i dysponuje wieloma systemami zapasowymi, aby spełnić wymagania dotyczące „szybkiego, dokładnego i stabilnego” pozycjonowania.

Aby zbudować „najpotężniejszy mózg”, Hu Xiaogong, dyrektor techniczny systemu przetwarzania informacji w Szanghajskim Obserwatorium Chińskiej Akademii Nauk, przeprowadził zespół przez bolesną transformację „z naukowców w inżynierów”.

Próbując zastosować wzory pozostawione przez Newtona i Einsteina do obliczania naturalnych ciał niebieskich do obliczeń orbit ciał niebieskich wytworzonych przez człowieka, takich jak krążące satelity, napotkali oni zbyt wiele nieoczekiwanych sytuacji.Pokonali szereg niekorzystnych warunków i po raz pierwszy na świecie zaproponowali i wdrożyli technologię precyzyjnego wyznaczania orbity satelitarno-ziemsko-satelitarnej „regionalna sieć monitoringu + łącze międzysatelitarne”. Opracowali również specjalnie zaprojektowany algorytm i w końcu osiągnęli precyzyjne wskaźniki wydajności pozycjonowania Beidou-3.

Aby jeszcze lepiej obliczyć dokładność Beidou, Obserwatorium Szanghajskie opracowało również specjalną laserową „linijkę nieba” – pierwszy w Chinach ruchomy, całodobowy laserowy system pomiaru odległości satelitarnej o maksymalnym zasięgu 38 800 kilometrów, który z powodzeniem wykorzystano do precyzyjnego pomiaru odległości laserowej satelitów Beidou z dokładnością do centymetra. Wniosły one niezastąpiony i kluczowy wkład w realizację globalnych usług nawigacji satelitarnej Beidou w moim kraju.

Wzmocnienie fundamentów

Uczyń usługi lokalizacyjne tak wygodnymi jak Internet

Jeśli MicroStar Research Institute i Obserwatorium w Szanghaju ciężko pracują nad stworzeniem systemu nawigacyjnego Beidou, to Qianxun Position, szanghajska firma high-tech, wykorzystuje przetwarzanie w chmurze, przetwarzanie dużych zbiorów danych i własne zaawansowane algorytmy, aby przekształcić „sygnały Beidou” w wygodną usługę porównywalną z korzystaniem z mobilnego Internetu.

Pozycjonowanie z dokładnością do centymetra, wykrywanie z dokładnością do milimetra i pomiar czasu z dokładnością do nanosekundy – to wyniki osiągnięte przez nowy system, który firma Qianxun Positioning zbudowała w ciągu ostatnich pięciu lat na potrzeby globalnej nawigacji satelitarnej.Od 2019 roku usługi o wysokiej precyzji oferowane przez ten system obejmują większość obszarów w kraju, z wyjątkiem terenów niezamieszkanych.

▲ Zdjęcie demonstracyjne działania drona do ochrony roślin rolniczych, prezentowane przez system pozycjonowania Qianxun Position. Dokładność pozycjonowania sięga centymetrów, co pozwala skutecznie ograniczyć ilość oprysków pestycydami (zdjęcie udostępnione przez Qianxun Position).

„Beidou ukończyło swoją globalną sieć. Jednocześnie w tym roku będziemy świadczyć globalne usługi rozszerzone, a całe łącze będzie obsługiwać najnowsze sygnały Beidou-3”. Chen Jinpei, dyrektor generalny Qianxun Position, powiedział, że oba główne produkty firmy obsługują obecnie najnowsze sygnały.

W listopadzie 2019 roku firma Qianxun Position wymieniła główny sprzęt naziemnej stacji wzbogacania satelity Beidou na niezależnie opracowany serwer czasoprzestrzenny „Qianlong”, aby poprawić możliwości przetwarzania wszystkich sygnałów nawigacji satelitarnej, w tym Beidou-3. Prace nad wymianą są bliskie ukończenia.

Chen Jinpei wierzy, że wraz z udanym startem globalnego satelity sieciowego Beidou, wkrótce pojawi się szerszy rynek. „W ciągu najbliższych trzech lat Beidou przyspieszy swoje pozycjonowanie i obsłuży ponad miliard użytkowników”.

W ciągu ostatnich pięciu lat firma Qianxun Positioning ściśle współpracowała z globalnymi producentami chipów i partnerami branżowymi, łącząc technologię precyzyjnego pozycjonowania Beidou z siecią 5G i sztuczną inteligencją w takich dziedzinach jak autonomiczna jazda, modernizacja przemysłu, geodezja i kartografia, inteligentne miasta oraz usługi publiczne, aby promować wdrażanie aplikacji Beidou. Oczekuje się, że sześć modeli pojazdów autonomicznych wyposażonych w technologię precyzyjnego pozycjonowania Beidou zostanie oficjalnie wprowadzonych na rynek w tym roku.

▲Zdjęcie demonstracyjne systemu pozycjonowania Qianxun. W przyszłości każdy pojazd będzie miał precyzyjnie oznaczony czas i przestrzeń, aby usprawnić współpracę pojazdu z drogą (zdjęcie udostępnione przez Qianxun Position)

Beidou Navigation otworzyło przed nami niezwykle szeroki świat. W 2019 roku firma Qianxun Positioning ogłosiła konkurs „Beidou Intelligent Maker”, otwierając odpowiednie platformy technologiczne i umożliwiając różnym innowacyjnym firmom i osobom udział w rozwoju aplikacji o wysokiej precyzji pozycjonowania. W rezultacie 40% uczestników urodziło się po 1995 roku, a 70% było w wieku poniżej 35 lat.

23 czerwca jest ostatnim dniem globalnej sieci systemu Beidou i jednocześnie dniem, w którym rozpoczyna się nowa era aplikacji nawigacyjnych Beidou.

Niniejszy artykuł jest przedrukowany z „Xu Qimin Szanghaj Nauka i technologia„Wspieramy ochronę praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia.