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四川团队突破北斗系统最大技术难点

放大字体   缩小字体 发布日期:2016-01-14   来源:四川日报 浏览次数:141
 

       新一代北斗导航卫星首颗星攻克了“星间链路”“器部件国产化”等一系列攸关北斗系统面向全球拓展的核心技术。图为中国电科29所的载荷研制团队。
  亮相科博会的北斗卫星运行模型。
  
  1月9日晚,CCTV播出“2015年度科技创新人物”颁奖礼,压轴出场的是“新一代北斗导航卫星首发星研制团队”,他们来自位于成都的中国电科29所。除了卫星的研制与发射,北斗与四川,还有更多的不解之缘。这些北斗产业链上相关的技术研发、产品生产经营、提供服务的企业与团队,我们将之统称为“北斗四川队”。
  
  如果没有导游、不跟团,独自去一个完全陌生而且语言不通的地方,这时你的手机里哪一个APP是最重要的?或许所有人的答案都会是某某地图。这种能够为我们提供定位导向服务的软件,要依托GPS卫星定位导航系统。
  
  美国从上世纪70年代开始研发该系统,今天全球产业规模已达到惊人的5000亿美元。我国从2000年左右开始研发自己的卫星导航系统——北斗,去年3月在西昌卫星发射中心成功发射了首颗新一代北斗导航卫星,标志着北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展的启动实施。第5颗新一代北斗导航卫星将于今年初发射。
  
  除了发射地在西昌,四川与北斗卫星还有哪些缘分?北斗产业化应用,四川企业如何借力?
  
  看研制
  
  编织星网,四川团队突破北斗系统最大技术难点
  
  在过去,卫星导航系统定位、导航功能的实现,需要卫星与地面基站的支持。美国的GPS系统就在各地建有大量的地面基站。但我国研制自主可控的全球导航系统遇到的现实难题是,在境外建站难度较大。这也就使放到境外的星群,无法通过卫星与地面的链路时时进行时间同步。
  
  这个“拦路虎”的终结者,是一支来自四川的队伍。
  
  中国电科科技部副主任、新一代北斗导航卫星首发星副总设计师陈锡明,在中国电科29所工作时,带领着一批80后在2011年提出了一个全新方案:通过一种新的星间链路体制,让星与星之间建立起稳定的连接,从而使几十颗星编织起来的星网,成为一个整体。这样一来,只要能保证其中任何一颗星和地面建立连接,就可以实现整个卫星网络的准确运行。从而突破了国境的限制,突破了北斗系统从区域走向全球的最大技术难点。
  
  在新一代北斗导航卫星首发星副总指挥、中国电科29所所长毛嘉艺看来,“星间链路”方案的提出非常重要,接下来更重要的是工程实物验证。
  
  导航系统的核心在卫星,卫星系统的关键在载荷,其堪称卫星的“大脑”。
  
  以往是按分系统模式研制卫星,通常分为10个左右分系统。这种设计思路对于工程制造要求较低,但每增加一个分系统,就意味着卫星故障率大大提高。
  
  要确保北斗卫星的稳定性和先进性,必须另辟蹊径,按照“功能链”的设计理念,首次采取全国性开放式协同设计平台,并率先在航天领域采用数字虚拟样机协同设计手段,实现系统方案辅助设计、方案优化预先验证、问题排查等。用“互联网+制造”的思路来造卫星,研发时间缩短了一半,成本降低了数倍。
  
  最终,新一代北斗导航卫星98%的部件都实现了国产化,核心关键器部件均为“中国造”。多项技术达到了国际领先水平。
  
  看应用
  
  有比较优势,与沿海相比产业配套有差距
  
  造卫星的能力强,体现的是一家单位、一个区域的科研水平和实力,也关系到该区域相关产业水平。
  
  来自省经信委的数据显示,目前全省涉及北斗导航的企业有20多家,“北斗”卫星应用电子产业形成比较优势,“北斗”终端产品市场占有率达到40%。其中,中国电科天奥电子股份有限公司生产有全球首款北斗卫星手表;由中电科航空电子有限公司研制的低空空管系统,首次实现北斗短报文在飞行服务系统中的应用,在装载北斗设备的飞机上,可通过安装了专用软件的智能终端与地面塔台进行短信通讯。
  
  振芯科技去年前三季度实现营业收入3.67亿元,较上年同期增加约47%,利润同比增长超过120%。该公司完整产品链发展模式在国内独一无二,特别是在北斗芯片设计上处于全国前列,是国内最大的北斗终端供应商之一。
  
  但四川的北斗应用产业规模,在全国仍处于中等水平,与广东等地有较大差距。
  
  在四川九洲集团副总工程师周文胜看来,差距最大的在于电子模具、显示等产业链配套上面。“市场情况都差不多,但我们测算过,在大众产品方面,如果我们自己造,成本上根本没有优势。”此外,缺乏相应的应用标准和产品标准,各自生产各自的,无法形成规模效应。
  
  以配套为例,尽管目前还没有我省北斗产业的配套率数据,但可以参考整个四川电子信息产业的配套率,这个数字是20%左右。
  
  根据《四川省信息安全产业发展规划(2015—2020年)》,四川将建设中国航天西南地区卫星应用产业基地。利用中国航天在卫星研发制造及应用的天然优势,大力发展“北斗”、高分遥感及卫星通信综合卫星应用产业和特色终端产业,建成西南地区最大的卫星应用产业基地。在成都、资阳等地布局卫星应用产业基地、园区。
  
  看竞争
  
  欠缺互联网基因,更要专注自己擅长的领域
  
  最近有关北斗的消息里,最热的是一条获奖新闻。
  
  1月8日的2015年度国家科学技术奖励大会上,诞生了首个获得国家科技奖的北斗芯片成果,该成果能够覆盖“米级、亚米级、厘米级到毫米级”的定位精度,销量突破200万片。
  
  一个产业领域核心技术的重大突破,意味着其规模化应用步伐的提速。
  
  端倪早就出现:过去的两年间,阿里巴巴集团和中国兵器工业集团公司共同出资20亿元,设立千寻位置网络有限公司;腾讯11.73亿元投资四维图新;小米以8400万元入股凯立德……
  
  当BAT也开始关注室内室外导航的时候,国内不少企业才开始认识到一个简单的位置服务可以产生多少价值。举例来讲,原本集中在测绘领域的高精度应用,开始向驾考、形变监测、精准农业、机械设备等领域拓展。仅在驾考驾培方面的市场规模已经超过6亿元。这也让四川的老牌“北斗”企业开始思考如何对自己重新定位。“只专心干好自己最擅长的。”周文胜认为,互联网+北斗,是当前和未来北斗应用的最显著特征,但很遗憾,大部分的四川北斗导航企业多有军工背景,欠缺互联网基因。他的建议,是将方向着重瞄准行业应用,比如旅游、交通、应急等方面。
  
  这也是四川推广北斗系统应用示范的优势所在。沿海地区首先在渔业等行业示范,四川的北斗应用主要集中在山地重大灾害预警、森林防火、数字旅游综合应用等方面。
  
  公众首次认识北斗,便是在2008年的汶川特大地震。灾区瞬间成了信息孤岛,常规通讯手段失灵,救援队利用北斗终端的短报文功能实现了定位与联络。
  
  也有企业选择了整合自身优势,向互联网靠拢。振芯科技投资8000万元,在成都高新区成立卫星互联网全资子公司,锁定互联网综合应用,将建设互联网、卫星互联网综合服务云平台,打造智慧生活、智慧教育、跨境物流、电子商务等应用系统,在3-5年内争取达到亿级用户的服务能力。
  
  北斗产业是未来国内少有的高速发展行业之一
  
  从军民融合之路 走向更广阔世界
  
  根据《国家卫星导航产业中长期发展规划》,到2020年我国卫星导航产业规模将超过4000亿元。在北斗导航走向全球的元年2015年,北斗产业产值有望超过2000亿元。由于北斗导航在精度与性能上的后发优势,无论从哪个角度来讲,都将成为未来国内少有的高速发展行业之一。
  
  对于四川,这是一个军民融合行业的大众应用路径。既要把握机遇,更要创新思路。
  
  从GPS导航系统的起源来看,这个系统源自1958年的一个美国军方项目,目的是让五角大楼知道军舰在茫茫大海中的具体位置。经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年完成了全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座部署。
  
  项目耗资巨大,而我们今天使用的GPS服务却是免费的。“羊毛出在猪身上”,不收费服务同样可以兴起一个新的产业。
  
  如果没有应用,并不能直接形成商业模式。即使GPS不免费,根据其设计与制造的原理也是收不到钱的——卫星只管发信号,并不知道接收信号的“客户”是谁。其开放给军用、民用领域的精度显然是不一样的。从军用技术和基础研究里“分一杯羹”到民用,可能会引发核爆炸般的效应。今天改变全世界的互联网,就是因为当初要解决高能物理研究过程大量分布计算问题而诞生的。
  
  从我省目前推动军民融合的思路上来看,主要从成果转化、产业培育、人才、服务这些方面在着力。但一项技术要想成为真正影响大众的应用,必然要接受市场的不断检验与测试,不断收到反馈和进行修正。那么是否可以转换思路,把北斗产业中适合民用的部分充分推向市场,成为炙手可热的大众应用?