北斗三号全球卫星导航系统正式开通一年以来，单点定位精度达到1.61米，为全球超20亿用户提供了全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。
中国科学院微小卫星创新研究院,突破关键技术53项，其中6项为国际首创，研制的北斗三号专用导航卫星平台荣获2020年上海市科学技术奖技术发明奖一等奖。
【星箭分离的冲击力高达6000g，要求卫星平台具有较高的抗冲击性】。
早在1993年，美国GPS就开通了，一度是“导航系统”的代名词。北斗三号要想超越GPS，必须有一个好的卫星平台。”这个平台相当于一辆车，在研制之初就面临高冲击、高精准、高可靠三大挑战。”北斗导航卫星副总设计师刘迎春告诉解放日报上官新闻记者。
对于快速组网，北斗三号采用“一箭双星”的发射方式，星箭分离的冲击力高达6000g，这就要求卫星平台的“车”具有很高的抗冲击性能。
但是高精度分离冲击理论分析是一道世界难题，过去计算的精度很低，测试匹配度也很差，只能不断试错。
通过与其他高校合作，研究团队提出了融合直接积分影响分析方法，数据偏差小于15%，平均精度是传统分析方法的1.7倍。.
“我们还发明了减震隔震的双层递进式抗冲击结构，相当于在星箭分离界面安装了一个‘防撞角’，在结构框架的连接处使用了一个‘减速坡’，降低了80%的冲击 ，舱内实测最大冲击力从6000g减少到460g。”刘迎春。这些措施解决了卫星和运载器上一级之间的激波分离问题。
【从地区走向世界的关键，需要卫星平台控制的“高精度”】。
能否给北斗三号卫星拉一个“微信群”，可以互相“聊天”？'s两颗卫星远在69000公里外的要想彼此“添加好友”，不仅位置信息要准确，姿态控制也要准确。.
星间链路是北斗三号从区域走向世界的关键，这就要求卫星平台控制“高精度”，即精度高、次数少、轨道控制影响小。
当地球在太阳和北斗卫星之间移动时，会短时间遮挡阳光，容易导致黑暗和光明切换的瞬间导航服务中断，导航精度相应改变。
研究人员首次提出了高精度的姿态-轨道联合控制技术，使得以往的导航服务因轨道控制而中断。而且星座内的卫星轮流操控，用户根本感受不到导航精度的细微变化。
“过去，我们的卫星需要通过观察地球、太阳和恒星来确定自己的姿态。现在我们只需要看星星。”刘迎春介绍。由于基于单卫星敏感姿态确定的全运动偏航导航卫星姿态控制技术在国际上处于领先地位，姿态控制精度优于0.03，达到从一两年一次，变为7年一次，。
此外，首次提出了基于面阵修正的多源融合自主天文导航技术，实现了卫星独立于地面的长期自主定轨。
【如何在小型化的同时保证“高可靠性”】
北斗三号卫星网络的稳定运行需要卫星平台的“高可靠性”。
与重达2160公斤的北斗二号卫星平台相比，原来需要“三只眼”，现在只需“一只眼”。如何在确保“高可靠性”的同时实现小型化？
除了组件100%自主可控外，研究人员采用了“功能链”概念的卫星总体设计技术，构建了全新的导航卫星平台技术体系，从而解决了这一难题。
“以前的卫星平台就像一棵多枝的树。它是根据具体任务分类的。一个卫星平台有90多台单机，分为多个级别。”刘迎春介绍，北斗三号卫星平台改变了“分支”的分类，按照功能链进行分类，看能实现哪些功能。比如在之前的分类中，水管工和修路工要分开分类，但是可以按照职能链分为同一个类别：维修工。
“链是最简单的一维结构，也有助于后续的整合和集成。”刘迎春说，北斗三号卫星平台
因为“功能链”组成的专用导航卫星平台采用模块化设计，就像“叠木”，可以同时操作然后组装在一起，所以北斗三号卫星平台重量“瘦身”不少，仅为1060千克。.
GPS曾经是“导航系统”代名词，北斗三号卫星平台多项核心指标已胜出">
北斗三号卫星平台像一个超大“微波炉”，如果内部温度过高，电子学设备容易烧坏。如今，可用散热面占卫星表面积比＞85%，确保了卫星力热环境。
卫星上天后出现故障怎么办？刘迎春告诉解放日报·上观新闻记者，卫星平台的电子学功能链，实现了软件重构和在轨赋能，已通过软件重构修复了四分之三的卫星在轨故障，而在轨赋能进一步提升了导航服务效能。
电子学功能链通过简化系统结构，提升了系统固有可靠性，专用导航卫星平台10年寿命末期可靠性预计由0.743提升至0.893。“这就像以前分别带着录音笔、照相机和手机，现在这些功能都集成在了手机上，出门更加轻便了！”
研制人员突破传统的分系统架构，构建了基于功能链的专用导航卫星平台技术体系，实现了跨越发展的目标。经国际组织评估，北斗三号卫星平台的多项核心指标，不论是抗冲击能力，还是载荷平台比，以及姿态控制精度、轨控中断次数、平台自主定轨等，均优于GPS，在同类卫星中整体处于国际领先水平。
栏目主编：黄海华 文字编辑：黄海华 题图来源：视觉中国 图片编辑：邵竞
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来源：作者：黄海华
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