我国新一代高精度原子钟应用于北斗三号

   本报讯 (吴 巍 记者王惜纯)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,这两颗卫星均装载了中国航天科工集团公司二院203所(以下简称航天科工二院203所)研制的高精度铷原子钟和星载氢原子钟,它们的技术指标均已达到国际先进水平。这是记者近日从航天科工二院203所获悉的。

  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,其研发涉及到量子物理学、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罗纳斯导航系统,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。

  “北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。作为导航卫星的心脏,高性能的星载原子钟对导航精度具有决定性作用。”航天科工二院203所星载铷钟负责人杨同敏介绍说,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不但装载有新一代高精度铷原子钟,相比前代产品其体积更小、重量更轻、性能更好。尤其是星载氢钟,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”。

  “不同于其他卫星,北斗是一个系统工程,用户每次享受北斗系统服务时,至少需要4颗北斗卫星提供服务。”北斗三号工程副总设计师谢军说,北斗同时又是一个全球覆盖的系统,至少需要20余颗卫星同时提供稳定服务,因此其对卫星产品的要求极其苛刻。

  记者了解到,为全面提升原子钟性能指标,助力北斗全球组网,203所用了近10年的时间,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,使星载氢钟长期频率稳定度大幅提高,增强了整机的空间环境适应性。目前,该所研制的星载氢钟在技术性能及可靠性方面,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。

  作为我国唯一一家同时生产氢原子钟、铷原子钟、铯原子钟的单位,为全力保障北斗工程,截至目前,203所已累计为北斗系统提供了40余台星载原子钟,几乎每颗北斗导航卫星都安装了该所的原子钟,这些产品保持了突出的产品可靠性和优良的产品性能,203所也因此于2017年获得国家科技进步特等奖。

  203所星载氢钟负责人部英男说,目前,该所正在紧锣密鼓地为北斗系统的地面守时站研制蓝宝石主动氢脉泽,这种原子钟拥有国内最高的性能指标,可在地面环境进行高精度守时,为北斗卫星的时间矫正和信号注入提供重要技术支撑。

我国新一代高精度原子钟应用于北斗三号

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