↑↑↑ดาวดวงสุดท้ายแห่งระบบนำทางเป่ยโต่วได้เปิดตัวสำเร็จแล้ว! “กลุ่มดาวเป่ยโต่ว” ส่องประกายด้วยวิสัยทัศน์ของเซี่ยงไฮ้

เมื่อเช้าวันที่ 23 มิถุนายน ดาวเทียมเครือข่ายโลกเป่ยโต่ว 3 ดวงสุดท้ายได้ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศอย่างประสบความสำเร็จ

นับตั้งแต่การเปิดตัวในปี 2009 จนถึงการเปิดตัวดาวเทียมดวงที่ 30 ในปัจจุบัน การพัฒนาระบบ Beidou-3 จนเสร็จสมบูรณ์ ถือเป็นความสำเร็จของการดำเนินงานตามกลยุทธ์การพัฒนา "สามขั้นตอน" สำหรับระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่เหมาะสมกับสภาพของประเทศ ซึ่งประเทศของเราได้ดำเนินการสำรวจมาตั้งแต่ทศวรรษ 1980

มีดาวเทียมเป่ยโต่ว 24 ดวงโคจรอยู่ในวงโคจรระดับกลางของโลก 3 ดวงโคจรอยู่ในวงโคจรค้างฟ้า และ 3 ดวงโคจรอยู่ในวงโคจรซิงโครนัสทางภูมิศาสตร์แบบเอียง ดาวเทียมเป่ยโต่วเกือบทุกดวงที่ส่องแสงอยู่บนท้องฟ้าล้วนสะท้อนถึงความทุ่มเทและผลงานของนักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในเซี่ยงไฮ้

"ดาวดวงหนึ่งเชื่อมต่อกัน ดาวทุกดวงก็เชื่อมต่อกัน"

ให้ดาวเทียม "สื่อสารกับท้องฟ้า" ได้ด้วย

ทีมพัฒนาดาวเทียมนำทางเป่ยโต่วของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีนในเมืองจางเจียง เขตผู่ตง ได้พัฒนาและปล่อยดาวเทียม 12 ดวงในระบบเป่ยโต่ว-3 เสร็จสมบูรณ์แล้ว โดยจะเริ่มสร้างระบบพื้นฐานสำหรับระบบนำทางเป่ยโต่วในปี 2018 และให้บริการทั่วโลก และจะสร้างระบบที่สมบูรณ์ให้แล้วเสร็จในปี 2020 พร้อมทั้งนำเสนอแนวทางแก้ไขใหม่สำหรับการสร้างระบบนำทางด้วยดาวเทียมเป่ยโต่วระดับโลกของจีนด้วย

ปีนี้ ทีมงานเพิ่งก่อตั้งมาได้เพียงสิบปีเท่านั้น อายุเฉลี่ยของสมาชิกในทีมอยู่ที่เพียงกว่า 30 ปี เรียกได้ว่าเป็นทีมหน้าใหม่ในวงการอวกาศเลยทีเดียว แต่พลังอันแข็งแกร่งนี้เองที่ได้เติมพลังแห่งนวัตกรรมให้กับงานวิจัยและพัฒนาด้านดาวเทียมที่มั่นคงและเป็นผู้นำ ในระหว่างกระบวนการพัฒนาดาวเทียมเป่ยโต่ว-3 พวกเขาได้ดำเนินการวิจัยเทคโนโลยีสำคัญๆ สำหรับการใช้งานดาวเทียมไปแล้วหลายร้อยโครงการ

▲นักวิจัยกำลังทำการวัดค่าความแม่นยำสูงบนดาวเทียมเป่ยโต่ว-3 (ภาพจากสถาบันนวัตกรรมไมโครดาวเทียมแห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน)

ในวงการอวกาศมีกฎที่ไม่เป็นลายลักษณ์อักษรว่า เทคโนโลยีใหม่ที่ใช้ในดาวฤกษ์แต่ละดวงโดยทั่วไปไม่ควรเกิน 30% แต่ทีมนี้ใช้เทคโนโลยีใหม่เกือบ 80% ในดาวฤกษ์ทดสอบดวงแรก

ด้วยแรงผลักดันจากนวัตกรรม ทีมงานรุ่นใหม่นี้จึงกล้าที่จะปฏิวัติแนวคิดการออกแบบดาวเทียมและรูปแบบการจัดการโดยรวม ทีมงานรุ่นใหม่นี้ใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น โครงสร้างแผงเฟรม การกำหนดตำแหน่งเซ็นเซอร์ดาวอิสระ และสถาปัตยกรรมอิเล็กทรอนิกส์แบบบูรณาการที่มีความหนาแน่นของฟังก์ชันสูง เพื่อสร้าง "แพลตฟอร์มเฉพาะสำหรับดาวเทียมนำทางของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน" ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการปรับตัวและขยายขนาดของดาวเทียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

พวกเขาเสนอแนวคิดการออกแบบ "ห่วงโซ่การทำงาน" ที่เป็นเอกลักษณ์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและบูรณาการทรัพยากรภายในของดาวเทียมให้ได้มากที่สุด พวกเขาแทนที่คอมพิวเตอร์ควบคุมกว่า 20 เครื่องด้วยคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงเพียงเครื่องเดียว ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความหนาแน่นของการทำงาน

สิ่งที่ควรกล่าวถึงเพิ่มเติมก็คือพวกเขาประสบความสำเร็จในการค้นพบเทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างดาวเทียม โดยสามารถเชื่อมต่อได้ตั้งแต่ระดับดาวเทียมดวงหนึ่งไปจนถึงดาวเทียมอีกดวงหนึ่ง ทำให้ดาวเทียมสามารถ "สื่อสารกันบนท้องฟ้า" และแก้ปัญหาคอขวดที่จำกัดเครือข่ายทั่วโลกของระบบเป่ยโต่วได้

▲ดาวเทียมเป่ยโต่ว-3 กำลังอยู่ในขั้นตอนการประกอบขั้นสุดท้าย ณ สถานที่ปล่อยจรวด (ภาพถ่ายโดยได้รับอนุญาตจากสถาบันนวัตกรรมไมโครดาวเทียม สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน)

หลังจากดาวเทียมทดสอบดวงแรก ทีมงานยังได้สร้างความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการวินิจฉัยและการกู้คืนอัตโนมัติของดาวเทียมในการพัฒนาดาวเทียมเครือข่ายโลกเป่ยโต่ว-3 ในเวลาต่อมา ทำให้ดาวเทียมมีขีดความสามารถในการ "วินิจฉัยและกู้คืนด้วยตนเอง" ดาวเทียมสามารถทำการวินิจฉัยสุขภาพ แยกแยะความผิดพลาด และกู้คืนได้โดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากภาคพื้นดิน ซึ่งช่วยเพิ่มความพร้อมใช้งานของดาวเทียมได้อย่างมาก

นอกจากนี้ Beidou-3 ยังใช้แอมพลิฟายเออร์โซลิดสเตทกำลังสูงที่ใช้แกลเลียมไนไตรด์เป็นครั้งแรก เพื่อปรับปรุงคุณภาพสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยังได้ก้าวข้ามขีดจำกัดของเทคโนโลยีการสลับความถี่และเวลาแบบไร้รอยต่อที่มีความแม่นยำสูง วางรากฐานสำหรับการบรรลุความต่อเนื่องสูงของสัญญาณระบบทั่วโลก อีกทั้งยังนำสถาปัตยกรรม Loongson + FLASH ที่ผลิตในประเทศมาใช้ เติมเต็มช่องว่างในตลาดโปรเซสเซอร์สำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศในประเทศ และทำให้เกิดการผลิตอุปกรณ์หลักทั้งหมดในประเทศ ซึ่งขับเคลื่อนการพัฒนาของห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมด

ขณะที่เฝ้าดูการปล่อยดาวเทียมเครือข่ายโลก Beidou-3 ดวงสุดท้ายขึ้นสู่วงโคจรอย่างประสบความสำเร็จ ทีมงานของเราได้เริ่มต้นการเดินทางครั้งใหม่ ตามความต้องการเชิงกลยุทธ์ด้านการนำทางของประเทศ ระบบกำหนดตำแหน่ง นำทาง และกำหนดเวลาแบบบูรณาการที่ครอบคลุมมากขึ้น ผสานรวมมากขึ้น และชาญฉลาดมากขึ้น จะถูกสร้างขึ้นภายในปี 2035 พวกเขาจะยังคงมุ่งมั่นพัฒนาดาวเทียมนำทางรุ่นต่อไป

สร้าง “แกนหลัก” ที่แข็งแกร่งของระบบเป่ยโต่ว

ต้องใช้เวลา 6 ล้านปีจึงจะเกิดความคลาดเคลื่อน 1 วินาที

ข้อมูลเวลาและตำแหน่งที่ตั้งเป็นทรัพยากรเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญสำหรับประเทศ การได้รับข้อมูลตำแหน่งจากดาวเทียมและข้อมูลเวลาที่แม่นยำบนดาวเทียมเป็นพารามิเตอร์หลักสองประการของดาวเทียมนำทาง ความคลาดเคลื่อนของเวลาเพียงหนึ่งในพันล้านวินาที (1 นาโนวินาที) จะนำไปสู่ข้อผิดพลาดของระยะทาง 0.3 เมตร

เพื่อให้ได้ความแม่นยำในการนำทางและระบุตำแหน่งในระดับเดซิเมตรและเซนติเมตร ดาวเทียมเป่ยโต่วต้องมี "หัวใจ" ที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้ นั่นคือ นาฬิกาอะตอมในอวกาศ และ "สมอง" ที่คมชัดและแม่นยำ นั่นคือ ระบบประมวลผลข้อมูล

ในปี 2002 หอดูดาวเซี่ยงไฮ้แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีนได้เริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับนาฬิกาอะตอมไฮโดรเจนแบบพาสซีฟในอวกาศ โดยอาศัยการพัฒนาต่อยอดจากนาฬิกาอะตอมไฮโดรเจนแบบแอคทีฟบนภาคพื้นดินที่สั่งสมมาหลายปี และในปี 2015 นาฬิกาอะตอมไฮโดรเจนในอวกาศเรือนแรกของประเทศจีนที่สร้างเสร็จสมบูรณ์โดยหอดูดาวแห่งนี้ ได้ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศพร้อมกับดาวเทียมนำทางเป่ยโต่วรุ่นใหม่

▲แบบจำลองต้นแบบของนาฬิกาอะตอมไฮโดรเจนบนดาวเทียมเป่ยโต่ว-3 (ภาพถ่ายโดยได้รับความอนุเคราะห์จากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้)

ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา ประสิทธิภาพของนาฬิกาไฮโดรเจนที่ติดตั้งตามดาวเทียมเป่ยโต่วขึ้นไปในอวกาศได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และส่วนประกอบ วัตถุดิบ และเทคโนโลยีหลักได้รับการควบคุมอย่างสมบูรณ์โดยอิสระในครั้งนี้ นาฬิกาไฮโดรเจนที่จัดหาโดยหอดูดาวเซี่ยงไฮ้ได้ติดตาม "ดาวดวงสุดท้าย" ขึ้นไปในอวกาศ ความแม่นยำของนาฬิกาเรือนนี้ลดลงเหลือต่ำกว่า 1 นาโนวินาทีต่อวัน ซึ่งเทียบเท่ากับความคลาดเคลื่อน 1 วินาทีใน 6 ล้านปี ปัจจุบันนับเป็นหนึ่งในนาฬิกาอะตอมที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดในท้องฟ้า

ในขณะที่ระบบเป่ยโต่วกำลังจะยุติการใช้งาน นักวิจัยทางวิทยาศาสตร์จากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้ได้พัฒนา "หัวใจ" ที่เบากว่าของระบบเป่ยโต่วได้สำเร็จ โดยลดน้ำหนักของนาฬิกาไฮโดรเจนจาก 23 กิโลกรัมเหลือเพียง 13 กิโลกรัม จะมีการส่งมอบนาฬิกาไฮโดรเจนจำนวน 3 เครื่องให้กับผู้ใช้งานภายในสิ้นปีนี้ เพื่อใช้ในดาวเทียมเครือข่ายเป่ยโต่วในปีหน้า

▲นักวิจัยทางวิทยาศาสตร์จากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้กำลังทดสอบนาฬิกาไฮโดรเจนที่อยู่ระหว่างการพัฒนา (ภาพจากหอดูดาวเซี่ยงไฮ้)

นอกจาก "หัวใจ" ที่แข็งแกร่งแล้ว คุณยังต้องมี "สมอง" ที่เฉียบคมด้วย หอดูดาวเซี่ยงไฮ้ได้พัฒนา "สมองที่ทรงพลังที่สุด" สำหรับระบบ Beidou ซึ่งสามารถแก้ไขข้อผิดพลาดได้แบบเรียลไทม์และมีระบบสำรองข้อมูลหลายชุด เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่ "รวดเร็ว แม่นยำ และเสถียร" ตามข้อกำหนด

เพื่อสร้าง "สมองที่ทรงพลังที่สุด" หู เสี่ยวโกง ผู้อำนวยการด้านเทคนิคของระบบประมวลผลข้อมูลของหอดูดาวเซี่ยงไฮ้ สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ได้นำทีมผ่านการเปลี่ยนแปลงที่ยากลำบาก "จากนักวิทยาศาสตร์สู่วิศวกร"

เมื่อพยายามนำสูตรที่นิวตันและไอน์สไตน์ทิ้งไว้สำหรับการคำนวณวัตถุทางดาราศาสตร์ตามธรรมชาติมาใช้ในการคำนวณวงโคจรของวัตถุทางดาราศาสตร์ที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น ดาวเทียม พวกเขาก็พบกับสถานการณ์ที่ไม่คาดคิดมากมาย ในที่สุดพวกเขาเอาชนะอุปสรรคต่างๆ และเสนอและนำเทคโนโลยีการกำหนดวงโคจรที่แม่นยำร่วมกันระหว่างดาวเทียม-ภาคพื้นดิน-ดาวเทียม "เครือข่ายตรวจสอบระดับภูมิภาค + การเชื่อมโยงระหว่างดาวเทียม" มาใช้เป็นครั้งแรกในโลก นอกจากนี้ พวกเขายังออกแบบอัลกอริทึมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ และในที่สุดก็บรรลุตัวชี้วัดประสิทธิภาพการกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำของ Beidou-3 ได้สำเร็จ

เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการคำนวณระบบนำทางด้วยดาวเทียมเป่ยโต่ว หอดูดาวเซี่ยงไฮ้จึงได้พัฒนาระบบวัดระยะด้วยเลเซอร์ "ไม้บรรทัดท้องฟ้า" พิเศษ ซึ่งเป็นระบบวัดระยะด้วยเลเซอร์สำหรับดาวเทียมแบบเคลื่อนที่ได้ตลอดทั้งวันระบบแรกในประเทศจีน มีระยะทำการสูงสุด 38,800 กิโลเมตร และประสบความสำเร็จในการใช้งานวัดระยะด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำระดับเซนติเมตรสำหรับดาวเทียมเป่ยโต่ว สิ่งเหล่านี้ได้สร้างคุณูปการที่ไม่อาจทดแทนได้และเป็นกุญแจสำคัญในการให้บริการทั่วโลกด้วยระบบนำทางด้วยดาวเทียมเป่ยโต่วของประเทศจีน

การเสริมแรงฐานราก

ทำให้บริการระบุตำแหน่งสะดวกสบายเหมือนกับการใช้งานอินเทอร์เน็ต

หากสถาบันวิจัยไมโครสตาร์และหอดูดาวเซี่ยงไฮ้ต่างทุ่มเททำงานอย่างหนักเพื่อสร้างระบบนำทางเป่ยโต่ว บริษัท Qianxun Position ซึ่งเป็นบริษัทเทคโนโลยีขั้นสูงในเซี่ยงไฮ้ ก็ใช้การประมวลผลบนคลาวด์ การประมวลผลข้อมูลขนาดใหญ่ และอัลกอริทึมที่เชี่ยวชาญของตนเอง เพื่อเปลี่ยน "สัญญาณเป่ยโต่ว" ให้เป็นประสบการณ์การใช้งานที่สะดวกสบายเหมือนกับการใช้อินเทอร์เน็ตบนมือถือ

ระบบระบุตำแหน่งระดับเซนติเมตร การตรวจจับระดับมิลลิเมตร และการกำหนดเวลาในระดับนาโนวินาที คือผลลัพธ์ที่ระบบใหม่ซึ่งบริษัท Qianxun Positioning ได้พัฒนาขึ้นสำหรับวงการระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลกในช่วงห้าปีที่ผ่านมาณ ปี 2019 บริการที่มีความแม่นยำสูงของระบบนี้สามารถครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของประเทศ ยกเว้นพื้นที่ที่ไม่มีผู้คนอาศัยอยู่

▲ภาพสาธิตการทำงานของโดรนป้องกันพืชทางการเกษตรที่แสดงโดยระบบระบุตำแหน่ง Qianxun Position ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งสูงถึงระดับเซนติเมตร ซึ่งสามารถลดปริมาณการฉีดพ่นสารกำจัดศัตรูพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ภาพจาก Qianxun Position)

"ระบบเป่ยโต่วได้สร้างเครือข่ายระดับโลกเสร็จสมบูรณ์แล้ว และภายในปีนี้ เราจะให้บริการที่ได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นทั่วโลกพร้อมกัน โดยเครือข่ายทั้งหมดจะรองรับสัญญาณล่าสุดของเป่ยโต่ว-3" เฉิน จินเป่ย ซีอีโอของบริษัท Qianxun Position กล่าวว่า ผลิตภัณฑ์หลักทั้งสองของบริษัทในปัจจุบันรองรับสัญญาณล่าสุดแล้ว

ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน 2019 บริษัท Qianxun Position ได้เปลี่ยนอุปกรณ์หลักในสถานีภาคพื้นดินเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสัญญาณดาวเทียม Beidou ด้วยเซิร์ฟเวอร์เวลาและอวกาศ "Qianlong" ที่พัฒนาขึ้นเอง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลสัญญาณบริการสาธารณะด้านการนำทางด้วยดาวเทียมทั้งหมด รวมถึง Beidou-3 งานเปลี่ยนอุปกรณ์ใกล้เสร็จสมบูรณ์แล้ว

ด้วยความสำเร็จในการปล่อยดาวเทียมเครือข่ายทั่วโลกเป่ยโต่ว เฉิน จินเป่ยเชื่อว่าตลาดที่กว้างขึ้นจะเกิดขึ้นในไม่ช้า "ในอีกสามปีข้างหน้า เป่ยโต่วจะเร่งการพัฒนาและให้บริการผู้ใช้มากกว่า 1 พันล้านคน"

ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา Qianxun Positioning ได้ทำงานร่วมกับผู้ผลิตชิปชั้นนำระดับโลกและพันธมิตรในอุตสาหกรรมอย่างใกล้ชิด เพื่อผสานรวมเทคโนโลยีระบุตำแหน่งความแม่นยำสูง Beidou เข้ากับ 5G และปัญญาประดิษฐ์ในด้านต่างๆ เช่น การขับขี่อัตโนมัติ การยกระดับอุตสาหกรรม การสำรวจและทำแผนที่ เมืองอัจฉริยะ และบริการสาธารณะ เพื่อส่งเสริมการใช้งานแอปพลิเคชัน Beidou คาดว่าจะมีรถยนต์ไร้คนขับ 6 รุ่นที่ติดตั้งเทคโนโลยีระบุตำแหน่งความแม่นยำสูง Beidou เข้าสู่สายการผลิตและเปิดตัวอย่างเป็นทางการในปีนี้

▲ภาพสาธิตระบบระบุตำแหน่ง Qianxun ในอนาคต ยานพาหนะแต่ละคันจะได้รับการระบุเวลาและสถานที่ที่แม่นยำ เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกันระหว่างยานพาหนะและถนนได้ดียิ่งขึ้น (ภาพจาก Qianxun Position)

ระบบนำทาง Beidou ได้เปิดโลกทัศน์ที่กว้างใหญ่ไพศาล ในปี 2019 บริษัท Qianxun Positioning ได้จัดงานประกวด "Beidou Intelligent Maker" ซึ่งเปิดโอกาสให้แพลตฟอร์มเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง และเปิดโอกาสให้บริษัทและบุคคลที่มีความคิดสร้างสรรค์ต่างๆ เข้าร่วมในการพัฒนาแอปพลิเคชันด้านการระบุตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง ส่งผลให้ผู้เข้าร่วมการประกวด 40% เกิดหลังปี 1995 และ 70% มีอายุต่ำกว่า 35 ปี

วันที่ 23 มิถุนายน เป็นวันสุดท้ายของการเชื่อมต่อเครือข่ายทั่วโลกของระบบเป่ยโต่ว และยังเป็นวันที่ยุคใหม่ของแอปพลิเคชันนำทางเป่ยโต่วเริ่มต้นขึ้นอีกด้วย

บทความนี้คัดลอกมาจาก "Xu Qimin เซี่ยงไฮ้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปพิมพ์ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก