↑↑↑Ngôi sao cuối cùng của Bắc Đẩu đã được phóng thành công! "Chòm sao Bắc Đẩu" tỏa sáng với trí tuệ của Thượng Hải.

Sáng ngày 23 tháng 6, vệ tinh mạng lưới toàn cầu Beidou-3 cuối cùng đã được phóng thành công.

Từ khi phóng vào năm 2009 cho đến khi phóng vệ tinh thứ 30 ngày hôm nay, việc hoàn thành hệ thống Beidou-3 đánh dấu sự kết thúc thành công của chiến lược phát triển "ba bước" nhằm xây dựng hệ thống định vị vệ tinh phù hợp với điều kiện quốc gia mà nước ta đã theo đuổi từ những năm 1980.

Hiện có 24 vệ tinh Beidou trên quỹ đạo Trái đất tầm trung, 3 vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh và 3 vệ tinh trên quỹ đạo địa đồng bộ nghiêng. Hầu như mỗi vệ tinh Beidou tỏa sáng trên bầu trời đều thể hiện sự nỗ lực và đóng góp của các nhà nghiên cứu khoa học tại Thượng Hải.

"Một ngôi sao có liên kết, tất cả các ngôi sao đều có liên kết với nhau."

Hãy để các vệ tinh cũng "giao tiếp với bầu trời".

Nhóm phát triển vệ tinh định vị Beidou thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc tại Trương Giang, Phủ Đông, đã hoàn thành việc phát triển và phóng 12 vệ tinh trong hệ thống Beidou-3. Nhóm sẽ xây dựng hệ thống cơ bản cho hệ thống định vị Beidou vào năm 2018 và cung cấp dịch vụ toàn cầu. Việc xây dựng hệ thống hoàn chỉnh sẽ hoàn thành vào năm 2020 và cũng sẽ cung cấp một giải pháp mới cho việc xây dựng hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu Beidou của Trung Quốc.

Năm nay, đội ngũ này mới được thành lập được 10 năm. Độ tuổi trung bình của các thành viên chỉ hơn 30 tuổi. Có thể nói đây là những tân binh trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Chính lực lượng "đáng gờm" này đã thổi thêm nhiều cảm hứng sáng tạo vào hoạt động nghiên cứu và phát triển vệ tinh ổn định và hàng đầu. Trong quá trình phát triển Beidou-3, họ đã hoàn thành hàng trăm dự án nghiên cứu công nghệ trọng điểm cho các ứng dụng vệ tinh.

▲Các nhà nghiên cứu đang tiến hành các phép đo chính xác trên vệ tinh Beidou-3 (Ảnh do Viện Đổi mới Vệ tinh siêu nhỏ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cung cấp)

Có một quy tắc bất thành văn trong lĩnh vực hàng không vũ trụ rằng công nghệ mới được sử dụng trên mỗi ngôi sao thường không vượt quá 30%, nhưng nhóm này đã sử dụng gần 80% công nghệ mới trên ngôi sao thử nghiệm đầu tiên.

Được thúc đẩy bởi tinh thần đổi mới, đội ngũ trẻ này mạnh dạn nỗ lực cách mạng hóa các ý tưởng thiết kế vệ tinh và các hình thức quản lý nói chung. Họ sử dụng các công nghệ như cấu trúc khung panel, định vị cảm biến sao độc lập và kiến ​​trúc điện tử tích hợp mật độ chức năng cao để tạo ra "Nền tảng chuyên dụng vệ tinh định vị của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc", giúp nâng cao hiệu quả khả năng thích ứng và khả năng mở rộng của vệ tinh.

Họ đề xuất một khái niệm thiết kế "chuỗi chức năng" độc đáo để tối ưu hóa và tích hợp tối đa các nguồn lực nội bộ của vệ tinh. Họ đã thay thế hơn 20 máy tính ban đầu được sử dụng để điều khiển bằng một máy tính hiệu năng cao, giúp giảm đáng kể chi phí đồng thời tăng mật độ chức năng.

Điều đáng nói hơn nữa làHọ đã đạt được những bước đột phá trong công nghệ liên kết giữa các vệ tinh, thiết lập được "kết nối một sao, kết nối giữa các sao", cho phép các vệ tinh "giao tiếp với nhau trên bầu trời" và giải quyết được nút thắt cổ chai từng hạn chế mạng lưới toàn cầu của Beidou.

▲Vệ tinh Beidou-3 đang được lắp ráp hoàn thiện tại bãi phóng (Ảnh do Viện Đổi mới Vệ tinh siêu nhỏ, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cung cấp)

Sau vệ tinh thử nghiệm đầu tiên, nhóm nghiên cứu cũng đã đạt được những đột phá trong công nghệ chẩn đoán và phục hồi tự động cho vệ tinh trong quá trình phát triển tiếp theo của vệ tinh mạng toàn cầu Beidou-3, cho phép vệ tinh có khả năng "tự chẩn đoán và tự phục hồi". Vệ tinh có thể thực hiện chẩn đoán tình trạng hoạt động, khoanh vùng lỗi và phục hồi tự động mà không cần sự can thiệp từ mặt đất, giúp cải thiện đáng kể tính khả dụng của vệ tinh.

Ngoài ra, Beidou-3 cũng lần đầu tiên sử dụng bộ khuếch đại bán dẫn công suất cao dựa trên gallium nitride để cải thiện hiệu quả chất lượng tín hiệu; nó đã đột phá công nghệ chuyển mạch liền mạch thời gian-tần số độ chính xác cao, đặt nền tảng cho việc đạt được tính liên tục cao của tín hiệu hệ thống toàn cầu; nó áp dụng kiến ​​trúc Loongson + FLASH trong nước, lấp đầy khoảng trống trong bộ xử lý hàng không vũ trụ trong nước và hiện thực hóa việc nội địa hóa tất cả các thiết bị cốt lõi, thúc đẩy sự phát triển của toàn bộ chuỗi ngành công nghiệp.

Trong khi chứng kiến ​​vệ tinh mạng lưới toàn cầu Beidou-3 cuối cùng được phóng thành công lên quỹ đạo, đội ngũ này đã bắt đầu một hành trình mới. Theo nhu cầu chiến lược định vị của đất nước, một hệ thống định vị, dẫn đường và thời gian tích hợp toàn diện hơn, thông minh hơn sẽ được xây dựng vào năm 2035. Họ sẽ tiếp tục nỗ lực cho thế hệ vệ tinh dẫn đường tiếp theo.

Xây dựng một "trái tim" vững mạnh cho Beidou.

Phải mất 6 triệu năm để có được sai số 1 giây.

Thông tin về thời gian và vị trí không gian là nguồn tài nguyên chiến lược quan trọng đối với một quốc gia. Việc thu thập thông tin vị trí vệ tinh và thông tin thời gian chính xác trên vệ tinh là hai tham số cốt lõi của vệ tinh định vị - sai lệch thời gian một phần tỷ giây (1 nanogiây) sẽ dẫn đến sai số khoảng cách là 0.3 mét.

Để đạt được độ chính xác định vị và dẫn đường ở mức decimet và centimet, các vệ tinh Beidou phải có một "trái tim" mạnh mẽ và đáng tin cậy - một đồng hồ nguyên tử đặt trên không gian, và một "bộ não" sắc bén và rõ ràng - một hệ thống xử lý thông tin.

Năm 2002, Đài quan sát Thượng Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã khởi xướng nghiên cứu về đồng hồ nguyên tử hydro thụ động trên không gian dựa trên nhiều năm phát triển đồng hồ nguyên tử hydro chủ động đặt trên mặt đất. Năm 2015, chiếc đồng hồ nguyên tử hydro trên không gian đầu tiên của nước ta do họ hoàn thiện đã được phóng lên cùng với thế hệ vệ tinh dẫn đường Bắc Đẩu mới.

▲Mô hình nguyên mẫu của đồng hồ nguyên tử hydro trên tàu vũ trụ Beidou-3 (ảnh do Đài quan sát Thượng Hải cung cấp)

Trong năm năm qua, hiệu suất của các đồng hồ hydro được trang bị trên các vệ tinh Beidou trong không gian đã liên tục được cải thiện, và các linh kiện, nguyên vật liệu cũng như công nghệ cốt lõi đã được kiểm soát hoàn toàn một cách độc lập.Lần này, một chiếc đồng hồ hydro do Đài quan sát Thượng Hải cung cấp đã theo chân "Ngôi sao cuối cùng" vào không gian. Độ chính xác của nó đã đạt đến mức sai số dưới 1 nanogiây mỗi ngày, tương đương với sai số một giây trong 6 triệu năm. Hiện tại, nó là một trong những chiếc đồng hồ nguyên tử hoạt động tốt nhất trên bầu trời.

Ngay khi dự án Beidou sắp kết thúc, các nhà nghiên cứu khoa học tại Đài quan sát Thượng Hải đã phát triển một "trái tim" nhẹ hơn của Beidou: họ đã giảm thành công trọng lượng của đồng hồ hydro từ 23 kg xuống còn 13 kg. Ba thiết bị sẽ được giao cho người dùng vào cuối năm nay để sử dụng trong các vệ tinh mạng lưới Beidou vào năm tới.

▲Các nhà nghiên cứu khoa học từ Đài quan sát Thượng Hải đang thử nghiệm đồng hồ hydro đang được phát triển (Ảnh do Đài quan sát Thượng Hải cung cấp)

Với một "trái tim" mạnh mẽ, bạn cũng cần một "bộ não" sắc bén. Đài quan sát Thượng Hải đã phát triển "bộ não mạnh mẽ nhất" cho hệ thống Beidou, có khả năng hiệu chỉnh lỗi trong thời gian thực và có nhiều bản sao lưu để đáp ứng các yêu cầu định vị "nhanh chóng, chính xác và ổn định".

Để xây dựng "bộ não mạnh nhất", Hu Xiaogong, giám đốc kỹ thuật hệ thống xử lý thông tin của Đài quan sát Thượng Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã dẫn dắt nhóm nghiên cứu trải qua một quá trình chuyển đổi đầy gian khổ "từ nhà khoa học thành kỹ sư".

Khi cố gắng áp dụng các công thức do Newton và Einstein để lại để tính toán quỹ đạo của các thiên thể tự nhiên vào việc tính toán quỹ đạo của các thiên thể nhân tạo như vệ tinh quay quanh Trái đất, họ đã gặp phải quá nhiều tình huống bất ngờ.Họ đã vượt qua nhiều điều kiện bất lợi và đề xuất, triển khai công nghệ xác định quỹ đạo chính xác kết hợp vệ tinh-mặt đất-vệ tinh "mạng lưới giám sát khu vực + liên kết giữa các vệ tinh" lần đầu tiên trên thế giới. Họ cũng thiết kế một thuật toán đặc biệt và cuối cùng đạt được các chỉ số hiệu suất định vị chính xác của vệ tinh Beidou-3.

Để tính toán chính xác hơn nữa hệ thống Beidou, Đài quan sát Thượng Hải cũng đã phát triển một "thước đo bầu trời" laser đặc biệt - hệ thống đo khoảng cách vệ tinh bằng laser di động hoạt động suốt ngày đêm đầu tiên tại Trung Quốc, với tầm hoạt động tối đa 38,800 km, và đã được sử dụng thành công trong việc đo khoảng cách vệ tinh Beidou với độ chính xác đến từng centimet. Những phát minh này đã đóng góp vô cùng quan trọng và không thể thiếu vào việc hiện thực hóa các dịch vụ toàn cầu của hệ thống định vị vệ tinh Beidou của nước ta.

Gia cố nền móng

Hãy làm cho dịch vụ định vị trở nên tiện lợi như Internet.

Nếu Viện Nghiên cứu MicroStar và Đài quan sát Thượng Hải đều đang nỗ lực xây dựng hệ thống định vị Beidou, thì Qianxun Position, một công ty công nghệ cao của Thượng Hải, đang sử dụng điện toán đám mây, xử lý dữ liệu lớn và các thuật toán chuyên nghiệp của riêng mình để biến "tín hiệu Beidou" thành một trải nghiệm dịch vụ tiện lợi như sử dụng Internet di động.

Độ chính xác định vị ở mức centimet, độ chính xác cảm biến ở mức milimét và độ chính xác thời gian ở mức nano giây là những kết quả mà hệ thống mới của Qianxun Positioning đã đạt được trong lĩnh vực định vị vệ tinh toàn cầu trong năm năm qua.Tính đến năm 2019, dịch vụ định vị chính xác cao của hệ thống này có thể phủ sóng hầu hết các khu vực trong cả nước, trừ những vùng không có người sinh sống.

▲Hình ảnh minh họa hoạt động của máy bay không người lái phun thuốc bảo vệ thực vật nông nghiệp do Hệ thống Định vị Qianxun cung cấp. Độ chính xác định vị đạt mức centimet, giúp giảm thiểu hiệu quả lượng thuốc trừ sâu cần phun (hình ảnh do Qianxun Position cung cấp).

"Beidou đã hoàn thiện mạng lưới toàn cầu. Chúng tôi sẽ đồng thời cung cấp các dịch vụ nâng cao toàn cầu trong năm nay, và toàn bộ liên kết sẽ hỗ trợ các tín hiệu mới nhất của Beidou-3." Ông Chen Jinpei, Giám đốc điều hành của Qianxun Position, cho biết cả hai sản phẩm cốt lõi của công ty hiện đều hỗ trợ các tín hiệu mới nhất.

Bắt đầu từ tháng 11 năm 2019, Qianxun Position đã thay thế thiết bị cốt lõi tại trạm tăng cường mặt đất của vệ tinh Beidou bằng máy chủ không gian-thời gian "Qianlong" do công ty tự phát triển nhằm nâng cao khả năng xử lý tất cả các tín hiệu dịch vụ công cộng định vị vệ tinh, bao gồm cả Beidou-3. Công việc thay thế đang gần hoàn tất.

Với sự ra mắt thành công của vệ tinh mạng lưới toàn cầu Beidou, Chen Jinpei tin rằng một thị trường rộng lớn hơn sẽ sớm xuất hiện. "Trong ba năm tới, Beidou sẽ đẩy nhanh quá trình định vị và phục vụ hơn 1 tỷ người dùng."

Trong 5 năm qua, Qianxun Positioning đã hợp tác chặt chẽ với các nhà sản xuất chip hàng đầu thế giới và các đối tác trong ngành để kết hợp công nghệ định vị chính xác cao Beidou với 5G và trí tuệ nhân tạo trong các lĩnh vực như lái xe tự hành, nâng cấp công nghiệp, khảo sát và lập bản đồ, thành phố thông minh và dịch vụ công cộng nhằm thúc đẩy việc triển khai các ứng dụng Beidou. Dự kiến ​​sáu mẫu xe tự hành được trang bị công nghệ định vị chính xác cao Beidou sẽ được sản xuất hàng loạt và ra mắt chính thức trong năm nay.

▲Hình ảnh minh họa hệ thống định vị Qianxun. Trong tương lai, mỗi phương tiện sẽ được gắn nhãn với thời gian và địa điểm chính xác để tăng cường sự phối hợp giữa phương tiện và đường sá (hình ảnh do Qianxun Position cung cấp).

Hệ thống định vị Beidou đã mở ra một thế giới vô cùng rộng lớn. Năm 2019, Qianxun Positioning đã phát động cuộc thi "Beidou Intelligent Maker", mở ra các nền tảng công nghệ liên quan và cho phép nhiều công ty và cá nhân sáng tạo tham gia vào việc phát triển ứng dụng khả năng định vị chính xác cao. Kết quả là, 40% thí sinh sinh sau năm 1995 và 70% thí sinh dưới 35 tuổi.

Ngày 23 tháng 6 là ngày cuối cùng hệ thống Beidou kết nối mạng toàn cầu, và cũng là ngày khởi đầu một kỷ nguyên mới của các ứng dụng định vị Beidou.

Bài viết này được sao chép từ "Xu Qimin Khoa học và Công nghệ Thượng HảiĐể ủng hộ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ, vui lòng ghi rõ nguồn gốc và tác giả khi in lại. Nếu phát hiện vi phạm, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.