510所为北斗双星安上“中国心”

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    高精度铷钟是新发射的北斗双星有效载荷的核心设备，为整个卫星提供时间基准和频率基准，其稳定度直接决定了导航卫星的定位精度。

    北斗双星“中国心”兰州造

    相比之前，新一代高精度铷钟的定位、测距和授时等功能更加精准，可提供更加精确的定位服务。由510所科研人员研制的高精度铷钟物理部分，万秒和天稳定度提高了一个数量级。导航精度更加精确，自主导航时间延长。

    铷原子钟被誉为卫星导航定位系统的“心脏”，是决定定位系统性能的主要因素之一，但长期为发达国家所垄断。我国为进口铷钟尝尽了受制于人的种种心酸，最终坚定了“像星载铷钟这样的关键产品，必须自己干”的信念。在510所和西安分院的数年艰苦努力下，相继攻克了铷钟寿命、长期稳定度等难题，研制出我国第一台铷钟。

    这一次，510所精研的新一代高精度铷钟物理部分不仅继承了此前的成熟研制经验，而且从优化设计、元器件选用、装配、测试、批产，每一个环节均体现了自主创新。优化设计是自主创新的必由之路，510所对标国际最高水平，开展了大量理论分析和验证试验，找出了影响铷钟物理部分指标的关键技术，逐一攻克。科研人员采用了三泡设计，增加了光学滤光技术，提高了信噪比，减低了光频移和微波功率频移，减小了温度系数，提高了铷钟物理部分频率稳定度指标。在工艺改进方面，由于高精度铷钟物理部分对铷泡的要求非常高，为了达到长寿命、高稳定铷泡的指标要求，经过不断精雕细刻般的攻关，最终达到了提高了产品的频率稳定度，降低了漂移率的目标。在简化电路方面，为提高产品真空长期测试的稳定性，在一期测试电路的基础上，510所自主研制了相配套的高精度测试电路，提高了高精度铷钟物理部分调试测试阶段的稳定性，其研制生产能力也同时得到了提升。

    据科研人员介绍，高精度铷钟物理部分所需的高频三极管遭到国外禁运，同时，国内仅有的少数生产商，由于种种原因也不再生产，这给高精度铷钟物理部分的研制工作进一步增加了难度。510所经过多方调研、积极联系，最终在上级单位的帮助下，把目标锁定在了具有相关研制经验的研究所。通过改变电路参数和装配结构经过反复实验，最终花费一年多的时间实现了高频管的国产化替换。而这，仅仅是元器件实现国产化进程中的一个小小例证。据悉，高精度铷钟物理部分所涉及到的元器件已全部实现了国产化。

    目前，510所高精度铷钟物理部分的调试周期已有效缩短，年生产能力提升至30台，为进一步增强我国北斗导航卫星系统的国际竞争力做出了突出贡献。

    二次电源是将卫星一次电源电能变换为另一种形式和规则电能的装置，用以满足不同用电设备的需要，是卫星电源系统的重要组成部分。

    星用二次电源为“北斗”控电

    510所在北斗导航二期研制工作中，承担的二次电源模块涉及数据处理、原子钟、测控、通信、环境监测等多个分系统和单机设备，产品技术指标非常复杂。

    相比此前，北斗导航二期二次电源的功率更大，一般通用产品最大功率为80瓦左右，相控阵天线用二次电源则高到280瓦。为了满足不同用电设备的需求，产品不得不采用多种电路变换方式完成功率变换，最多的时候达到了14路输出。不仅如此，产品要满足输出电压时序、输入分步加电和过流关机等一系列特殊要求。这每一项性能指标都对设计和装配是重大考验。

    为了实现小电压输出的精度控制和大电流输出的稳定性，科研人员在设计中进行了诸多创新，使产品的技术指标和可靠性得到了大幅提高。

    除了设计之外，二次电源的装配工艺也非常关键。虽然产品整体比较小，但是每个模块里面装配的元器件数量多、体积小，在焊接过程中，稍不注意，焊膏喷涂量多一点儿，就容易产生“桥连”现象，引起短路或误差，造成难以估量的损失。操作人员在试验中反复探索，成功掌握了高密度引脚器件的焊接工艺，将集成电路器件的可焊接引脚间距减小到了0.5毫米。产品经过检验，所有引脚间距的器件无一“桥连”，焊点饱满，符合工艺要求。

    510所科研人员记得，在2014年3月至6月，多个型号的产品交叉并行，生产进度吃紧。他们放弃节假日休息，加班加点赶进度。“月西沉，春风撩人。重负释心轻，归意怀疾行。抬脚落步扰邻梦，户门轻闭不敢重，幼子惊起看父归，翻身却睡呼不应。”这首510所电源人自创的《加班晚归》，或许表达了更多航天人的心声。

    贮箱和气瓶是卫星的通用产品，犹如汽车的油箱，贮存并管理着卫星所有的推进剂，是整个卫星的动力来源和卫星推进分系统的关键部件。

    星用贮箱为“北斗”提供动力源

    510所是我国卫星贮箱气瓶的主要供应商，在北斗导航二期工程任务中，先后生产交付各类推进剂贮箱30多只。

    北斗二期卫星推进剂贮箱为全金属焊接结构，由上下半球组件、圆柱段、支撑裙贮箱管理装置等组件焊接而成。为了适应导航卫星长期在轨工作要求，贮箱实现了两大创新：整体外形改为上下半球加中间圆柱；在工作压力不变的前提下，通过优化设计，半球壳体壁厚减少了15%，通过调整圆柱段长度，使容积增加近30%。

    为了确保贮箱圆柱段的质量和可靠性，工艺人员研制了组装、组焊、退火等全套大型工装，主管工艺师在接到任务后，连续一个多月都泡在办公室，天天加班至深夜，自行设计了30多套工装图，优中选优，才定下最终方案。与此同时，贮箱壳体壁厚度的减薄，虽然有效减轻了贮箱重量，但是对加工方法和精度控制提出了更严格的要求。研制人员突破了多项技术，提高了产品的一次过模率。兰州晚报记者何燕