中國(guó)新一代高精度原子鐘應(yīng)用于北斗三號(hào)

  日前，我國(guó)采取一箭雙星方式，成功發(fā)射了北斗三號(hào)第三、四顆組網(wǎng)衛(wèi)星，這兩顆衛(wèi)星均裝載了中國(guó)***科工集團(tuán)公司二院203所（以下簡(jiǎn)稱***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(guó)際***水平。這是記者近日從***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(hào)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(guó)際上僅中、美、俄等少數(shù)國(guó)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(guó)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(zhǎng)期性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

　 “北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)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(duì)導(dǎo)航精度具有決定性作用。”***科工二院203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(hào)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，***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(shì)。“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(zhǎng)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)。”北斗三號(hào)工程副總設(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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)際同類產(chǎn)品水平，為北斗三號(hào)組網(wǎng)衛(wèi)星的高性能、長(zhǎng)壽命要求提供了有力保障。

　　作為我國(guó)***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(tái)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(guó)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(dòng)氫脈澤，這種原子鐘擁有國(guó)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(hào)注入提供重要技術(shù)支撐。