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星載氫原子鐘示意圖

　　9月30日7點13分(fen)，中國航天(tian)科工二院(yuan)203所研制(zhi)的星(xing)載(zai)氫(qing)原(yuan)子鐘跟隨第四(si)顆新(xin)一(yi)代北斗(dou)導航衛星(xing)在西昌衛星(xing)發(fa)射(she)中心成(cheng)功發(fa)射(she)。這是自(zi)2000年(nian)我國發(fa)射(she)北斗(dou)導航衛星(xing)以來，首次搭載(zai)氫(qing)原(yuan)子鐘。此次衛星(xing)入(ru)軌后，將開展星(xing)載(zai)氫(qing)原(yuan)子鐘、星(xing)間鏈路、新(xin)型導航信號體制(zhi)等(deng)試驗(yan)驗(yan)證工作，并(bing)適時入(ru)網提供(gong)服務。

　　原子(zi)鐘是北(bei)斗導(dao)航衛星的(de)最(zui)關鍵載荷之一，是時頻分系統(tong)的(de)心臟，決(jue)定(ding)(ding)(ding)導(dao)航系統(tong)導(dao)航定(ding)(ding)(ding)位(wei)、測(ce)速及授時精(jing)度(du)，是一個國家能(neng)否具備獨立發展導(dao)航系統(tong)能(neng)力(li)的(de)核心標志之一。可以毫不(bu)夸張的(de)說，在軍(jun)事(shi)現代化的(de)今天(tian)，一個國家的(de)導(dao)航衛星的(de)研制水平和能(neng)力(li)直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)(ding)(ding)一個國家的(de)戰時軍(jun)事(shi)應對能(neng)力(li)，因為沒有準(zhun)確的(de)定(ding)(ding)(ding)位(wei)就談不(bu)上精(jing)準(zhun)的(de)打擊，而這(zhe)個精(jing)準(zhun)定(ding)(ding)(ding)位(wei)的(de)核心就是原子(zi)鐘。

　　203所(suo)研(yan)制(zhi)(zhi)的(de)多個(ge)(ge)批次星載銣(ru)原子鐘(zhong)已多次跟隨北斗(dou)導航衛(wei)(wei)星成(cheng)功發(fa)射并穩定(ding)可靠運行，此(ci)次星載氫原子鐘(zhong)跟隨新一代(dai)導航衛(wei)(wei)星成(cheng)功首(shou)發(fa)，標(biao)志(zhi)著203所(suo)原子鐘(zhong)研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)技術(shu)(shu)水平和研(yan)制(zhi)(zhi)能力跨上一個(ge)(ge)新的(de)臺階(jie)，真正實現(xian)了技術(shu)(shu)自主化，破除(chu)了國外在該領(ling)域(yu)的(de)關鍵技術(shu)(shu)封鎖和高端產品及元器(qi)件禁運的(de)藩籬。這將直接(jie)助推(tui)北斗(dou)衛(wei)(wei)星導航系統總體(ti)性(xing)能的(de)飛(fei)躍，是中(zhong)國北斗(dou)導航衛(wei)(wei)星發(fa)展史上的(de)一個(ge)(ge)重要(yao)里程碑。

　　在(zai)衛星(xing)導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)(tong)中，1ns的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)間測量(liang)誤差將會引起0.3m的(de)(de)(de)(de)(de)(de)測距誤差，因此(ci)時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)精密測量(liang)是決定(ding)(ding)導(dao)(dao)航定(ding)(ding)位精度(du)。考慮(lv)到衛星(xing)星(xing)歷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不確定(ding)(ding)性(xing)、電離(li)層傳輸延遲及定(ding)(ding)位誤差幾何分(fen)布等諸多(duo)因素對時(shi)(shi)(shi)間測量(liang)精度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響，衛星(xing)導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)(tong)對原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)指標就提(ti)出了更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求。新一代導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)(tong)定(ding)(ding)位精度(du)0.1m、授時(shi)(shi)(shi)精度(du)0.3ns的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計要(yao)求，對原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)穩定(ding)(ding)度(du)提(ti)出更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求，即秒穩優(you)于1×10-12和(he)日(ri)穩優(you)于1×10-14。考慮(lv)到導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)(tong)在(zai)非常時(shi)(shi)(shi)期(qi)應(ying)具備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自主導(dao)(dao)航能(neng)力(li)(li)，要(yao)求原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)日(ri)漂移率優(you)于5×10-15，以保障北斗導(dao)(dao)航系(xi)統(tong)(tong)擁(yong)有半年(nian)以上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自主導(dao)(dao)航能(neng)力(li)(li)，從而顯著降低北斗導(dao)(dao)航衛星(xing)系(xi)統(tong)(tong)全球應(ying)用時(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)校時(shi)(shi)(shi)壓力(li)(li)和(he)對地面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)依(yi)賴(lai)程度(du)。要(yao)滿(man)足上(shang)述諸多(duo)要(yao)求，研(yan)制高(gao)(gao)穩定(ding)(ding)高(gao)(gao)可(ke)靠高(gao)(gao)指標重量(liang)輕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)成為必然趨勢和(he)要(yao)求，世界各(ge)國爭先(xian)恐后致力(li)(li)于不斷(duan)攻克相關技(ji)術難關，努力(li)(li)研(yan)制出更高(gao)(gao)指標的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)來占(zhan)領導(dao)(dao)航定(ding)(ding)位市場(chang)和(he)提(ti)升(sheng)軍事應(ying)用能(neng)力(li)(li)。

　　當前(qian)全球四大衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)導航(hang)系統中，美(mei)國GPS導航(hang)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)采用了(le)銫原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和銣(ru)原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)結(jie)(jie)(jie)合的(de)方式(shi)，歐盟Galileo導航(hang)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)采用了(le)銣(ru)原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和被(bei)動(dong)型(xing)氫原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)結(jie)(jie)(jie)合的(de)方式(shi)，俄羅斯Glonass-K三(san)代導航(hang)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)也將采用銣(ru)原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和被(bei)動(dong)型(xing)氫原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)結(jie)(jie)(jie)合的(de)方式(shi)，我國新(xin)一代北斗導航(hang)衛(wei)(wei)(wei)(wei)星(xing)正在開展(zhan)銣(ru)原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和被(bei)動(dong)型(xing)氫原(yuan)子(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)相結(jie)(jie)(jie)合的(de)授(shou)時(shi)方式(shi)。

　　縱(zong)觀國內外(wai)導航衛(wei)(wei)星(xing)所(suo)配(pei)備(bei)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)方案不(bu)難(nan)發現，均使(shi)(shi)(shi)(shi)用(yong)兩種(zhong)不(bu)同時(shi)(shi)(shi)域穩(wen)(wen)定(ding)度(du)優(you)(you)(you)勢互補的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)來保證衛(wei)(wei)星(xing)的(de)(de)(de)(de)守時(shi)(shi)(shi)能力(li)(li)，且種(zhong)類均為技(ji)(ji)術發展成熟的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)統(tong)三(san)樣原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)（氫(qing)、銣、銫(se)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)）。銣原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)具有(you)體積小重量(liang)輕、功(gong)耗低、技(ji)(ji)術難(nan)度(du)相對(dui)較(jiao)低、可(ke)靠性(xing)高等優(you)(you)(you)勢被(bei)(bei)全球四(si)大(da)導航系統(tong)普(pu)遍采用(yong)，但其長(chang)期(qi)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)和(he)漂移率(lv)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)相對(dui)較(jiao)差，新一(yi)代高精度(du)銣原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)雖(sui)然滿(man)足導航衛(wei)(wei)星(xing)在(zai)地(di)面(mian)(mian)主(zhu)控站不(bu)斷(duan)同步校(xiao)準(zhun)下的(de)(de)(de)(de)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)要(yao)求(qiu)，但無法滿(man)足導航系統(tong)中(zhong)(zhong)長(chang)期(qi)自(zi)(zi)主(zhu)導航能力(li)(li)要(yao)求(qiu)。銫(se)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)最大(da)優(you)(you)(you)勢是低漂移特(te)性(xing)，主(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)導航衛(wei)(wei)星(xing)的(de)(de)(de)(de)長(chang)期(qi)自(zi)(zi)主(zhu)守時(shi)(shi)(shi)，可(ke)滿(man)足非常時(shi)(shi)(shi)期(qi)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)需求(qiu)，但銫(se)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)使(shi)(shi)(shi)(shi)用(yong)壽命短是致命的(de)(de)(de)(de)短板(ban)，幾項關鍵(jian)技(ji)(ji)術仍(reng)未徹(che)底攻關，目(mu)前國際上僅(jin)有(you)美國掌握其關鍵(jian)技(ji)(ji)術。目(mu)前，203所(suo)已經組建星(xing)載(zai)銫(se)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)團隊進行研(yan)制星(xing)載(zai)銫(se)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，期(qi)待在(zai)后續的(de)(de)(de)(de)北斗導航項目(mu)中(zhong)(zhong)配(pei)備(bei)應(ying)用(yong)。氫(qing)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)分為主(zhu)動型(xing)和(he)被(bei)(bei)動型(xing)兩種(zhong)類型(xing)，主(zhu)動型(xing)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)最優(you)(you)(you)，但是體積較(jiao)大(da)，一(yi)般用(yong)于(yu)地(di)面(mian)(mian)守時(shi)(shi)(shi)。被(bei)(bei)動型(xing)的(de)(de)(de)(de)體積、重量(liang)和(he)功(gong)耗相對(dui)較(jiao)小，可(ke)搬運(yun)，穩(wen)(wen)定(ding)度(du)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)僅(jin)次于(yu)主(zhu)動型(xing)，多用(yong)于(yu)地(di)面(mian)(mian)移動平臺和(he)衛(wei)(wei)星(xing)。另外(wai)，被(bei)(bei)動型(xing)氫(qing)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)因其獨有(you)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)態組件和(he)儲存(cun)泡結構特(te)性(xing)使(shi)(shi)(shi)(shi)得其可(ke)獲得較(jiao)為理想的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)躍遷譜線，使(shi)(shi)(shi)(shi)其穩(wen)(wen)定(ding)度(du)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)在(zai)傳(chuan)統(tong)三(san)樣中(zhong)(zhong)最優(you)(you)(you)，當然研(yan)制難(nan)度(du)也是傳(chuan)統(tong)三(san)樣中(zhong)(zhong)最高的(de)(de)(de)(de)。其漂移率(lv)雖(sui)不(bu)及(ji)優(you)(you)(you)選(xuan)型(xing)銫(se)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，但可(ke)保障(zhang)導航系統(tong)長(chang)達(da)半年(nian)以上的(de)(de)(de)(de)自(zi)(zi)主(zhu)導航能力(li)(li)，這(zhe)使(shi)(shi)(shi)(shi)得氫(qing)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)成為衛(wei)(wei)星(xing)導航中(zhong)(zhong)最具有(you)競爭力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)。

　　203所研制(zhi)的(de)(de)星載(zai)氫原子鐘穩定(ding)度和漂移(yi)率等關鍵(jian)指標(biao)均已達到國際一(yi)流水(shui)平(ping)，這將大幅提升新一(yi)代北斗導航(hang)(hang)系統的(de)(de)導航(hang)(hang)精(jing)度、授時水(shui)平(ping)和延長自(zi)主導航(hang)(hang)時間(jian)，大幅降低(di)北斗導航(hang)(hang)系統對(dui)地面的(de)(de)依賴程度，為非常(chang)時期的(de)(de)導航(hang)(hang)定(ding)位提供(gong)了保(bao)障。

　　據北(bei)斗導(dao)航(hang)(hang)系(xi)統(tong)全球組網建設計劃，2018年(nian)可(ke)為(wei)(wei)“一(yi)(yi)帶(dai)一(yi)(yi)路”沿(yan)線(xian)國(guo)家提供基礎服務，2020年(nian)左(zuo)右將(jiang)具(ju)備全球服務能力，這(zhe)將(jiang)成(cheng)為(wei)(wei)我國(guo)自主(zhu)建設、獨立運行，并與(yu)世界其他衛星(xing)(xing)導(dao)航(hang)(hang)系(xi)統(tong)兼容(rong)共(gong)用，可(ke)在全球范圍(wei)內全天候、全天時為(wei)(wei)各類用戶提供高(gao)精度(du)、高(gao)可(ke)靠的(de)(de)定位、測速、授時服務，且獨具(ju)短報文通信能力特色的(de)(de)全球衛星(xing)(xing)導(dao)航(hang)(hang)定位系(xi)統(tong)。可(ke)以預見，未來(lai)五(wu)年(nian)將(jiang)成(cheng)為(wei)(wei)新一(yi)(yi)代導(dao)航(hang)(hang)衛星(xing)(xing)的(de)(de)密集組網發(fa)射期(qi)，203所原(yuan)子鐘(zhong)研制(zhi)團(tuan)隊將(jiang)迎來(lai)更多(duo)的(de)(de)機(ji)會和(he)挑戰。203所星(xing)(xing)載氫(qing)原(yuan)子鐘(zhong)研制(zhi)團(tuan)隊將(jiang)秉承航(hang)(hang)天人一(yi)(yi)貫的(de)(de)嚴(yan)謹細實、腳踏實地的(de)(de)工作作風，繼續恪(ke)守(shou)質(zhi)量至上、品質(zhi)第一(yi)(yi)的(de)(de)航(hang)(hang)天精神，保質(zhi)保量的(de)(de)為(wei)(wei)北(bei)斗導(dao)航(hang)(hang)系(xi)統(tong)提供高(gao)可(ke)靠高(gao)精度(du)的(de)(de)星(xing)(xing)載氫(qing)原(yuan)子鐘(zhong)，為(wei)(wei)我國(guo)北(bei)斗導(dao)航(hang)(hang)事(shi)業的(de)(de)發(fa)展貢獻力量。

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