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【媒体聚焦】打破西方技术垄断!三代中国科研工作者持续攻关! 这个“钟”不得了!
2018-05-26 | 编辑: | 【】【打印】【关闭

  中科院上海天文台牵头,联合中科院上海技物所和上海航天电子技术研究所经过三代科研工作者的原理探索和工程化改造,终于研制出了中国首台星载氢原子钟,现在它正“跳动”在北斗三号卫星上。 

  目前,中国北斗已经成长为了世界四大卫星导航系统之一,北斗三号卫星的陆续升空标志着它正式进入全球组网新时代。 

  星载原子钟被称为导航卫星的“心脏”,为卫星系统提供高稳定的时间频率基准信号。它决定了导航系统的导航定位、测速及授时的精度,是一个国家能否具备独立发展导航系统能力的核心技术之一。 

  普通的钟表通过机械的震动或摆动来计时,误差可能达到一天一秒。完全无法满足定位导航所需要的时间精度,那么怎么办呢?这就需要依靠我身边的这台氢原子钟了,可是原子靠什么来计算时间呢? 

  它是利用原子的跃迁频率非常稳定这样一个特点进行计时,跃迁频率大概是1秒有14亿次,目前能够做到在太空上面能够做到300万年才能误差1秒。 

  此前,这项技术仅少数西方国家所掌握,中科院上海天文台牵头,联合中科院上海技物所和上海航天电子技术研究所经过三代科研工作者的原理探索和工程化改造,终于研制出了中国首台星载氢原子钟,现在它正“跳动”在北斗三号卫星上。 

  这一台是地面使用的主动型氢原子钟,它的重量有一百多公斤,能够实现一千万年才差一秒,但是呢,因为它太大太重,所以不适合卫星使用,针对这个卫星的应用,我们开发了小型化的氢原子钟,小型化氢原子钟,目前做到重量是23公斤,/ 需要做很多特殊的设计,包括力学、热学以及辐射方面的特殊设计,才能满足星上长期在轨工作10年以上的寿命要求。 

  但光是天上的钟走得准还不够,必须把天上的钟和地上的钟精准同步起来,这也是卫星时间频率系统的关键,利用先进的卫星激光测距技术,配合星载激光时差测量仪,上海天文台实现了高精度星地时间同步。 

  这一块也是我们天文台长期的积累。因为早期在天文台成立之初,我们就接收到国家的任务,成功主导了中国时间的发布,到现在为止都是我们早期研制的一个成果延续。 

  氢钟精度高,但它工作环境的要求也很高,对温度和震动都非常敏感,为了保证它良好运行,卫星也做了特别的设计。

 

  我们做了很多电磁屏蔽,做了给它独立的一个房间,什么是独立房间,就是独立的温控,一定要在卫星的运行过程当中,保持在正负1度波动,它才能稳定工作。 

  未来,为了更好地服务北斗三号导航卫星,氢钟必须继续减重,这也是国外导航技术在重点突破的领域。 

 

  现在这个氢钟它的重量一直在尽可能要减到十几公斤,在接下来一两年,因为它的性能不能变,你的整体的稳定性不能变,但你的重量又把它减下来,所以我们科研人员正在做好多的科技攻关吧。 

 

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