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氢铷原子钟,导航更精准

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2018-01-19 10:16  来源:人民日报  
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  日前,我国采取一箭双星方式,成功发射了北斗三号第三、四颗组网卫星,这两颗卫星上均装载了中国航天科工二院203所研制的一台高精度铷原子钟和一台星载氢原子钟,技术指标达到国际先进水平。

  原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的设备,其研发涉及量子物理学、电学、结构力学等众多学科,目前国际上仅中、美、俄等少数国家具有独立研制能力。星载原子钟主要应用于导航系统,分为氢原子钟、铷原子钟和铯原子钟3种。美国的GPS导航系统、欧洲的伽利略导航系统及俄罗斯的格洛纳斯导航系统,均采用了铷原子钟搭配铯原子钟,或者铷原子钟搭配氢原子钟的方案,充分发挥了铷原子钟体积小、重量轻及铯原子钟、氢原子钟长期性能优异的特点。

  作为导航卫星的“心脏”之一,高性能的星载原子钟对导航精度起到决定性作用。相比北斗一期、二期工程中单纯采用铷原子钟,本次发射的北斗三号导航卫星上装载有新一代高精度铷原子钟,比前代产品体积更小、重量更轻,技术性能大幅提升。

  更值得一提的是装载的星载氢原子钟,这是其在北斗二代二期试验卫星得到验证后,首次应用于北斗导航系统组网卫星。相比铷原子钟,氢原子钟在重要技术指标,如频率稳定度、频率准确度及日漂移率等方面具有明显优势。星载氢原子钟的应用可使北斗导航系统实现更高的定位精度、全球覆盖及较长的自主导航能力,显著降低北斗导航系统全球应用时的校时压力。

  星载氢原子钟包括物理和电路两部分,构成较为复杂。卫星发射及在轨运行时需要面对的振动、温度、辐照等苛刻环境要求,进一步增加其研制难度。经过技术攻关,我国相继解决了高性能长寿命吸气剂复合真空泵技术、微波腔和磁屏蔽的小型化及抗振性等一系列技术问题;温控系统的参数优化,电磁兼容性的改善,使星载氢原子钟长期频率稳定度大幅提高,增强了整机的环境适应性。最终攻克了包括指标优化,整机小型化、轻量化技术研究,可靠性与长寿命技术研究等关键技术难题。目前,我国的星载氢原子钟在技术性能及可靠性上均达到国际同类产品水平,为北斗三号组网卫星的高性能、长寿命要求提供了有力保障。

  “作为无线电时间频率计量标准领域的尖端技术,我国正在进入星载原子钟研制的‘无人区’。”航天科工二院203所党委书记韩志平表示,未来中国的星载原子钟将会有更多原创性突破,助力我国航天事业发展。(蒋建科部英男吴巍)


(责任编辑:孙鹏)
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