中國新一代高精度原子鐘應用于北斗三號

  日前，我國采取一箭雙星方式，成功發射了北斗三號第三、四顆組網衛星，這兩顆衛星均裝載了中國航天科工集團公司二院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，它們的技術指標均已達到國際先進水平。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定的特性來獲取精準時間頻率信號的設備，其研發涉及到量子物理學、電學、結構力學等眾多學科，目前國際上僅中、美、俄等少數國家具有獨立研制能力。星載原子鐘主要應用于導航系統，分為氫原子鐘、銣原子鐘和銫原子鐘3種。美國的GPS導航系統、歐洲的伽利略導航系統及俄羅斯的格羅納斯導航系統，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異的特點。

　 “北斗衛星導航系統是我國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統。作為導航衛星的心臟，高性能的星載原子鐘對導航精度具有決定性作用。”航天科工二院203所星載銣鐘負責人楊同敏介紹說，相比北斗一期、二期工程中單純采用銣原子鐘，本次發射的北斗三號導航衛星上不但裝載有新一代高精度銣原子鐘，相比前代產品其體積更小、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衛星得到驗證后，首次應用于北斗導航系統組網衛星。相比銣原子鐘，氫原子鐘在重要技術指標，如頻率穩定度、頻率準確度及日漂移率等方面具有明顯優勢。“星載氫鐘的應用可使北斗導航系統實現更高的定位精度、全球覆蓋及較長的自主導航能力，顯著降低北斗導航系統全球應用時的校時壓力”。

　“不同于其他衛星，北斗是一個系統工程，用戶每次享受北斗系統服務時，至少需要4顆北斗衛星提供服務。”北斗三號工程副總設計師謝軍說，北斗同時又是一個全球覆蓋的系統，至少需要20余顆衛星同時提供穩定服務，因此其對衛星產品的要求極其苛刻。

 　記者了解到，為全面提升原子鐘性能指標，助力北斗全球組網，203所用了近10年的時間，相繼解決了高性能長壽命吸氣劑復合真空泵技術、微波腔和磁屏蔽的小型化及抗振性等一系列技術問題；溫控系統的參數優化，電磁兼容性的改善，使星載氫鐘長期頻率穩定度大幅提高，增強了整機的空間環境適應性。目前，該所研制的星載氫鐘在技術性能及可靠性方面，均達到國際同類產品水平，為北斗三號組網衛星的高性能、長壽命要求提供了有力保障。

　　作為我國唯一一家同時生產氫原子鐘、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所已累計為北斗系統提供了40余臺星載原子鐘，幾乎每顆北斗導航衛星都安裝了該所的原子鐘，這些產品保持了突出的產品可靠性和優良的產品性能，203所也因此于2017年獲得國家科技進步特等獎。

　　203所星載氫鐘負責人部英男說，目前，該所正在緊鑼密鼓地為北斗系統的地面守時站研制藍寶石主動氫脈澤，這種原子鐘擁有國內最高的性能指標，可在地面環境進行高精度守時，為北斗衛星的時間矯正和信號注入提供重要技術支撐。