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中國新一代高精度原子鐘應(yīng)用于北斗三號

發(fā)布時(shí)間:2022-04-14 08:50:44

  日前,我國采取一箭雙星方式,成功發(fā)射了北斗三號第三、四顆組網(wǎng)衛(wèi)星,這兩顆衛(wèi)星均裝載了中國航天科工集團(tuán)公司二院203所(以下簡稱航天科工二院203所)研制的高精度銣原子鐘和星載氫原子鐘,它們的技術(shù)指標(biāo)均已達(dá)到國際先進(jìn)水平。這是記者近日從航天科工二院203所獲悉的。

  原子鐘是利用原子躍遷頻率穩(wěn)定的特性來獲取精準(zhǔn)時(shí)間頻率信號的設(shè)備,其研發(fā)涉及到量子物理學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等眾多學(xué)科,目前國際上僅中、美、俄等少數(shù)國家具有獨(dú)立研制能力。星載原子鐘主要應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng),分為氫原子鐘、銣原子鐘和銫原子鐘3種。美國的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲的伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)及俄羅斯的格羅納斯導(dǎo)航系統(tǒng),均采用了銣原子鐘搭配銫原子鐘,或者銣原子鐘搭配氫原子鐘的方案,充分發(fā)揮了銣原子鐘體積小、重量輕及銫原子鐘、氫原子鐘長期性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

  “北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。作為導(dǎo)航衛(wèi)星的心臟,高性能的星載原子鐘對導(dǎo)航精度具有決定性作用?!焙教炜乒ざ?03所星載銣鐘負(fù)責(zé)人楊同敏介紹說,相比北斗一期、二期工程中單純采用銣原子鐘,本次發(fā)射的北斗三號導(dǎo)航衛(wèi)星上不但裝載有新一代高精度銣原子鐘,相比前代產(chǎn)品其體積更小、重量更輕、性能更好。尤其是星載氫鐘,這是其在北斗二代二期試驗(yàn)衛(wèi)星得到驗(yàn)證后,首次應(yīng)用于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星。相比銣原子鐘,氫原子鐘在重要技術(shù)指標(biāo),如頻率穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度及日漂移率等方面具有明顯優(yōu)勢。“星載氫鐘的應(yīng)用可使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的定位精度、全球覆蓋及較長的自主導(dǎo)航能力,顯著降低北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球應(yīng)用時(shí)的校時(shí)壓力”。

 “不同于其他衛(wèi)星,北斗是一個(gè)系統(tǒng)工程,用戶每次享受北斗系統(tǒng)服務(wù)時(shí),至少需要4顆北斗衛(wèi)星提供服務(wù)?!北倍啡柟こ谈笨傇O(shè)計(jì)師謝軍說,北斗同時(shí)又是一個(gè)全球覆蓋的系統(tǒng),至少需要20余顆衛(wèi)星同時(shí)提供穩(wěn)定服務(wù),因此其對衛(wèi)星產(chǎn)品的要求極其苛刻。

  記者了解到,為全面提升原子鐘性能指標(biāo),助力北斗全球組網(wǎng),203所用了近10年的時(shí)間,相繼解決了高性能長壽命吸氣劑復(fù)合真空泵技術(shù)、微波腔和磁屏蔽的小型化及抗振性等一系列技術(shù)問題;溫控系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化,電磁兼容性的改善,使星載氫鐘長期頻率穩(wěn)定度大幅提高,增強(qiáng)了整機(jī)的空間環(huán)境適應(yīng)性。目前,該所研制的星載氫鐘在技術(shù)性能及可靠性方面,均達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平,為北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星的高性能、長壽命要求提供了有力保障。

  作為我國唯一一家同時(shí)生產(chǎn)氫原子鐘、銣原子鐘、銫原子鐘的單位,為全力保障北斗工程,截至目前,203所已累計(jì)為北斗系統(tǒng)提供了40余臺星載原子鐘,幾乎每顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星都安裝了該所的原子鐘,這些產(chǎn)品保持了突出的產(chǎn)品可靠性和優(yōu)良的產(chǎn)品性能,203所也因此于2017年獲得國家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。

  203所星載氫鐘負(fù)責(zé)人部英男說,目前,該所正在緊鑼密鼓地為北斗系統(tǒng)的地面守時(shí)站研制藍(lán)寶石主動氫脈澤,這種原子鐘擁有國內(nèi)最高的性能指標(biāo),可在地面環(huán)境進(jìn)行高精度守時(shí),為北斗衛(wèi)星的時(shí)間矯正和信號注入提供重要技術(shù)支撐。


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