自主研發(fā) 攻關(guān)創(chuàng)新 

建設(shè)中國北斗

目前，中國北斗已經(jīng)成長為了世界四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，北斗三號衛(wèi)星的陸續(xù)升空標(biāo)志著它正式進(jìn)入全球組網(wǎng)新時(shí)代。

星載原子鐘被稱為導(dǎo)航衛(wèi)星的“心臟”，為衛(wèi)星系統(tǒng)提供高穩(wěn)定的時(shí)間頻率基準(zhǔn)信號。它決定了導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航定位、測速及授時(shí)的精度，是一個(gè)國家能否具備獨(dú)立發(fā)展導(dǎo)航系統(tǒng)能力的核心技術(shù)之一。

衛(wèi)星導(dǎo)航需要提供兩個(gè)關(guān)鍵信息：時(shí)間和空間，這樣才能確定某一時(shí)刻對象的精確位置，這對衛(wèi)星上的時(shí)間精度提出了很高的要求，此時(shí)就需要原子鐘出馬了。

普通的鐘表通過機(jī)械的震動(dòng)或擺動(dòng)來計(jì)時(shí)，誤差可能達(dá)到一天一秒。完全無法滿足定位導(dǎo)航所需要的時(shí)間精度，這就需要依靠我身邊的這臺氫原子鐘了，可是原子靠什么來計(jì)算時(shí)間呢？ 

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帥濤 中科院上海天文臺星載氫原子鐘課題組組長 

它是利用原子的躍遷頻率非常穩(wěn)定，這樣一個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)時(shí)。躍遷頻率大概是1秒有14億次，目前能夠做到在太空上面能夠做到300萬年才能誤差1秒。 

”

此前，這項(xiàng)技術(shù)僅為少數(shù)西方國家所掌握。中科院上海天文臺牽頭，經(jīng)過三代科研工作者的原理探索和工程化改造，終于研制出了中國首臺星載氫原子鐘，現(xiàn)在它正“跳動(dòng)”在北斗三號衛(wèi)星上。 

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帥濤 中科院上海天文臺星載氫原子鐘課題組組長 
這一臺是地面使用的主動(dòng)型氫原子鐘，它的重量有一百多公斤，能夠?qū)崿F(xiàn)一千萬年才差一秒。但是，因?yàn)樗蟆⑻?，不適合衛(wèi)星使用。針對這個(gè)衛(wèi)星的應(yīng)用，我們開發(fā)了小型化的氫原子鐘。目前重量是23公斤， 需要做很多特殊的設(shè)計(jì)，包括力學(xué)、熱學(xué)以及輻射方面的特殊設(shè)計(jì)，才能滿足星上長期在軌工作10年以上的壽命要求。 

”

但光是天上的鐘走得準(zhǔn)還不夠，必須把天上的鐘和地上的鐘精準(zhǔn)同步起來，這也是衛(wèi)星時(shí)間頻率系統(tǒng)的關(guān)鍵。利用先進(jìn)的衛(wèi)星激光測距技術(shù)，配合星載激光時(shí)差測量儀，上海天文臺實(shí)現(xiàn)了高精度星地時(shí)間同步。 

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沈志強(qiáng) 中科院上海天文臺臺長 

這一塊也是我們天文臺長期的積累。因?yàn)樵缙谠谔煳呐_成立之初，我們就接收到國家的任務(wù)，成功主導(dǎo)了中國時(shí)間的發(fā)布，到現(xiàn)在為止都是我們早期研制的一個(gè)成果延續(xù)。 

”

氫鐘精度高，但它工作環(huán)境的要求也很高，對溫度和震動(dòng)都非常敏感。為了保證它良好運(yùn)行，衛(wèi)星也做了特別的設(shè)計(jì)。 

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沈?qū)W民 北斗三號衛(wèi)星副總設(shè)計(jì)師 

我們做了很多電磁屏蔽，做了給它獨(dú)立的一個(gè)房間。獨(dú)立房間就是獨(dú)立的溫控，一定要在衛(wèi)星的運(yùn)行過程當(dāng)中，保持在正負(fù)1度波動(dòng)，它才能穩(wěn)定工作。 

”

未來，為了更好地服務(wù)北斗三號導(dǎo)航衛(wèi)星，氫鐘必須繼續(xù)減重，這也是國外導(dǎo)航技術(shù)在重點(diǎn)突破的領(lǐng)域。 

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沈志強(qiáng) 中科院上海天文臺臺長

現(xiàn)在這個(gè)氫鐘它的重量一直在盡可能要減到十幾公斤，在接下來一兩年，因?yàn)樗男阅懿荒茏?，你的整體的穩(wěn)定性不能變，但你的重量又把它減下來，所以我們科研人員正在做好多的科技攻關(guān)吧。 

”