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星載氫原子鐘示意圖

　　9月(yue)30日7點(dian)13分(fen)，中國航(hang)天科工二院203所研制的星(xing)(xing)載氫原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)跟隨第四顆新(xin)一(yi)代(dai)北斗導航(hang)衛(wei)星(xing)(xing)在(zai)西昌衛(wei)星(xing)(xing)發(fa)(fa)射(she)(she)中心成功發(fa)(fa)射(she)(she)。這是自2000年(nian)我國發(fa)(fa)射(she)(she)北斗導航(hang)衛(wei)星(xing)(xing)以來，首次(ci)搭(da)載氫原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)。此(ci)次(ci)衛(wei)星(xing)(xing)入(ru)軌(gui)后(hou)，將開(kai)展星(xing)(xing)載氫原(yuan)子鐘(zhong)(zhong)、星(xing)(xing)間鏈路、新(xin)型(xing)導航(hang)信號(hao)體制等試驗驗證工作(zuo)，并適時(shi)入(ru)網(wang)提(ti)供服(fu)務。

　　原(yuan)子鐘(zhong)是(shi)北斗導航衛星的(de)(de)(de)(de)最關鍵載(zai)荷之一(yi)，是(shi)時(shi)頻分系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)(de)(de)心(xin)臟，決(jue)定(ding)導航系(xi)(xi)(xi)統導航定(ding)位、測速及授時(shi)精(jing)(jing)度，是(shi)一(yi)個(ge)(ge)國家(jia)能(neng)否具備獨立發展導航系(xi)(xi)(xi)統能(neng)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)核心(xin)標志之一(yi)。可以毫不(bu)夸張的(de)(de)(de)(de)說，在軍(jun)事現代(dai)化(hua)的(de)(de)(de)(de)今天，一(yi)個(ge)(ge)國家(jia)的(de)(de)(de)(de)導航衛星的(de)(de)(de)(de)研制(zhi)水平(ping)和能(neng)力(li)(li)直接決(jue)定(ding)一(yi)個(ge)(ge)國家(jia)的(de)(de)(de)(de)戰時(shi)軍(jun)事應(ying)對能(neng)力(li)(li)，因為(wei)沒有準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)(de)定(ding)位就談不(bu)上精(jing)(jing)準(zhun)的(de)(de)(de)(de)打擊(ji)，而這個(ge)(ge)精(jing)(jing)準(zhun)定(ding)位的(de)(de)(de)(de)核心(xin)就是(shi)原(yuan)子鐘(zhong)。

　　203所(suo)研制(zhi)的(de)(de)(de)多(duo)個批次星載(zai)銣原(yuan)子鐘(zhong)已多(duo)次跟隨北(bei)斗導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)星成功發射并穩(wen)定(ding)可(ke)靠(kao)運(yun)(yun)行(xing)，此次星載(zai)氫原(yuan)子鐘(zhong)跟隨新(xin)一(yi)代(dai)導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)星成功首發，標志(zhi)著203所(suo)原(yuan)子鐘(zhong)研究(jiu)領域技(ji)術(shu)水平(ping)和(he)研制(zhi)能力跨上(shang)一(yi)個新(xin)的(de)(de)(de)臺階，真正實現了(le)技(ji)術(shu)自主化，破除了(le)國(guo)外在該領域的(de)(de)(de)關鍵技(ji)術(shu)封鎖和(he)高端產品及元器件禁運(yun)(yun)的(de)(de)(de)藩(fan)籬。這將直接助推北(bei)斗衛(wei)(wei)星導(dao)航(hang)系統總體(ti)性能的(de)(de)(de)飛躍，是中(zhong)國(guo)北(bei)斗導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)星發展史上(shang)的(de)(de)(de)一(yi)個重要里程碑(bei)。

　　在衛(wei)星(xing)(xing)(xing)導(dao)(dao)航(hang)(hang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)中，1ns的(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian)測(ce)(ce)量(liang)(liang)誤差將會引(yin)起0.3m的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)距誤差，因此時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)密測(ce)(ce)量(liang)(liang)是決定(ding)導(dao)(dao)航(hang)(hang)定(ding)位(wei)精(jing)(jing)度(du)。考(kao)慮到衛(wei)星(xing)(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)歷的(de)(de)(de)(de)不確定(ding)性(xing)、電離(li)層傳(chuan)輸延遲(chi)及定(ding)位(wei)誤差幾何分布等諸(zhu)多因素(su)對(dui)(dui)(dui)時(shi)間(jian)測(ce)(ce)量(liang)(liang)精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)影響，衛(wei)星(xing)(xing)(xing)導(dao)(dao)航(hang)(hang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)對(dui)(dui)(dui)原(yuan)子鐘的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)(biao)就提(ti)(ti)出了更高(gao)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)。新一代導(dao)(dao)航(hang)(hang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)定(ding)位(wei)精(jing)(jing)度(du)0.1m、授時(shi)精(jing)(jing)度(du)0.3ns的(de)(de)(de)(de)設計要(yao)求(qiu)(qiu)，對(dui)(dui)(dui)原(yuan)子鐘穩定(ding)度(du)提(ti)(ti)出更高(gao)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)，即秒穩優(you)(you)于(yu)1×10-12和(he)日穩優(you)(you)于(yu)1×10-14。考(kao)慮到導(dao)(dao)航(hang)(hang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)在非(fei)常(chang)時(shi)期應具備(bei)的(de)(de)(de)(de)自主導(dao)(dao)航(hang)(hang)能(neng)力(li)(li)，要(yao)求(qiu)(qiu)原(yuan)子鐘的(de)(de)(de)(de)日漂移率優(you)(you)于(yu)5×10-15，以保障北斗導(dao)(dao)航(hang)(hang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)擁有半年以上(shang)的(de)(de)(de)(de)自主導(dao)(dao)航(hang)(hang)能(neng)力(li)(li)，從而顯著降低北斗導(dao)(dao)航(hang)(hang)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)全(quan)球應用(yong)時(shi)的(de)(de)(de)(de)校時(shi)壓力(li)(li)和(he)對(dui)(dui)(dui)地面的(de)(de)(de)(de)依賴程度(du)。要(yao)滿足(zu)上(shang)述諸(zhu)多要(yao)求(qiu)(qiu)，研(yan)(yan)制(zhi)高(gao)穩定(ding)高(gao)可靠高(gao)指(zhi)標(biao)(biao)重量(liang)(liang)輕的(de)(de)(de)(de)原(yuan)子鐘成為(wei)必然趨勢和(he)要(yao)求(qiu)(qiu)，世(shi)界各國(guo)爭(zheng)先恐后致力(li)(li)于(yu)不斷攻克相關技術難關，努(nu)力(li)(li)研(yan)(yan)制(zhi)出更高(gao)指(zhi)標(biao)(biao)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)子鐘來占領導(dao)(dao)航(hang)(hang)定(ding)位(wei)市場和(he)提(ti)(ti)升(sheng)軍事應用(yong)能(neng)力(li)(li)。

　　當(dang)前全球四大衛(wei)(wei)星(xing)導(dao)航(hang)系統中，美國GPS導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)星(xing)采用(yong)了銫(se)原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和(he)(he)(he)銣原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)結(jie)(jie)合的(de)(de)方(fang)式(shi)，歐盟Galileo導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)星(xing)采用(yong)了銣原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和(he)(he)(he)被(bei)動型氫(qing)原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)結(jie)(jie)合的(de)(de)方(fang)式(shi)，俄羅斯Glonass-K三代導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)星(xing)也(ye)將采用(yong)銣原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和(he)(he)(he)被(bei)動型氫(qing)原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)結(jie)(jie)合的(de)(de)方(fang)式(shi)，我國新一代北(bei)斗(dou)導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)星(xing)正(zheng)在開展銣原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)和(he)(he)(he)被(bei)動型氫(qing)原子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)相(xiang)結(jie)(jie)合的(de)(de)授時方(fang)式(shi)。

　　縱觀國(guo)內外導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)衛星(xing)所配備原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)方(fang)案不(bu)難(nan)發現，均(jun)使(shi)用(yong)(yong)(yong)兩種不(bu)同時(shi)域穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)優(you)勢互補的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)來保證衛星(xing)的(de)(de)(de)(de)守時(shi)能(neng)力，且種類均(jun)為技(ji)(ji)術(shu)發展成(cheng)熟的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)統三(san)樣原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)（氫(qing)、銣、銫(se)(se)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)）。銣原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)具有(you)體積(ji)小重量(liang)(liang)輕、功耗低、技(ji)(ji)術(shu)難(nan)度(du)(du)相對較(jiao)低、可(ke)(ke)靠性(xing)高等(deng)優(you)勢被(bei)全球(qiu)四大(da)導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)系統普遍采用(yong)(yong)(yong)，但其(qi)長期(qi)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)和(he)漂移率指標相對較(jiao)差，新一(yi)代高精度(du)(du)銣原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)雖然滿足(zu)導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)衛星(xing)在地(di)面主(zhu)(zhu)控站不(bu)斷同步(bu)校準下(xia)的(de)(de)(de)(de)指標要求(qiu)，但無法滿足(zu)導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)系統中長期(qi)自(zi)主(zhu)(zhu)導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)能(neng)力要求(qiu)。銫(se)(se)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)優(you)勢是(shi)低漂移特性(xing)，主(zhu)(zhu)要用(yong)(yong)(yong)于(yu)導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)衛星(xing)的(de)(de)(de)(de)長期(qi)自(zi)主(zhu)(zhu)守時(shi)，可(ke)(ke)滿足(zu)非常時(shi)期(qi)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)需求(qiu)，但銫(se)(se)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)短是(shi)致命(ming)的(de)(de)(de)(de)短板，幾(ji)項關鍵(jian)技(ji)(ji)術(shu)仍未徹(che)底(di)攻關，目前國(guo)際上僅(jin)有(you)美(mei)國(guo)掌握其(qi)關鍵(jian)技(ji)(ji)術(shu)。目前，203所已經組建星(xing)載(zai)銫(se)(se)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)團隊進行研制星(xing)載(zai)銫(se)(se)鐘(zhong)(zhong)(zhong)，期(qi)待在后續的(de)(de)(de)(de)北斗導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)項目中配備應用(yong)(yong)(yong)。氫(qing)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)分為主(zhu)(zhu)動(dong)型(xing)和(he)被(bei)動(dong)型(xing)兩種類型(xing)，主(zhu)(zhu)動(dong)型(xing)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)指標最(zui)優(you)，但是(shi)體積(ji)較(jiao)大(da)，一(yi)般用(yong)(yong)(yong)于(yu)地(di)面守時(shi)。被(bei)動(dong)型(xing)的(de)(de)(de)(de)體積(ji)、重量(liang)(liang)和(he)功耗相對較(jiao)小，可(ke)(ke)搬運(yun)，穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)指標僅(jin)次于(yu)主(zhu)(zhu)動(dong)型(xing)，多用(yong)(yong)(yong)于(yu)地(di)面移動(dong)平臺和(he)衛星(xing)。另外，被(bei)動(dong)型(xing)氫(qing)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)因其(qi)獨有(you)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)態組件和(he)儲(chu)存泡(pao)結構特性(xing)使(shi)得其(qi)可(ke)(ke)獲(huo)得較(jiao)為理想的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)躍(yue)遷譜線，使(shi)其(qi)穩(wen)(wen)定(ding)度(du)(du)指標在傳(chuan)統三(san)樣中最(zui)優(you)，當然研制難(nan)度(du)(du)也是(shi)傳(chuan)統三(san)樣中最(zui)高的(de)(de)(de)(de)。其(qi)漂移率雖不(bu)及優(you)選(xuan)型(xing)銫(se)(se)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)，但可(ke)(ke)保障導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)系統長達(da)半年以(yi)上的(de)(de)(de)(de)自(zi)主(zhu)(zhu)導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)能(neng)力，這使(shi)得氫(qing)鐘(zhong)(zhong)(zhong)成(cheng)為衛星(xing)導(dao)(dao)(dao)航(hang)(hang)(hang)中最(zui)具有(you)競爭(zheng)力的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)鐘(zhong)(zhong)(zhong)。

　　203所研制的(de)(de)星(xing)載氫原子鐘穩定(ding)度(du)和漂移率(lv)等關(guan)鍵指標均已達到國際一流水平(ping)，這將大(da)(da)幅提升新一代北斗(dou)導(dao)航(hang)系統的(de)(de)導(dao)航(hang)精度(du)、授時水平(ping)和延長自主導(dao)航(hang)時間，大(da)(da)幅降低北斗(dou)導(dao)航(hang)系統對地面的(de)(de)依賴程度(du)，為非(fei)常時期的(de)(de)導(dao)航(hang)定(ding)位提供了保障(zhang)。

　　據北斗(dou)導(dao)航系統(tong)全球組網建設(she)計(ji)劃，2018年可(ke)(ke)(ke)為(wei)(wei)“一(yi)帶(dai)一(yi)路”沿線(xian)國家(jia)提(ti)(ti)(ti)供(gong)基礎服務，2020年左右將(jiang)(jiang)(jiang)具(ju)備(bei)全球服務能力，這將(jiang)(jiang)(jiang)成為(wei)(wei)我國自主建設(she)、獨立運(yun)行，并(bing)與世界(jie)其他衛星導(dao)航系統(tong)兼容共用(yong)，可(ke)(ke)(ke)在全球范圍內全天(tian)候、全天(tian)時為(wei)(wei)各(ge)類用(yong)戶(hu)提(ti)(ti)(ti)供(gong)高精(jing)度、高可(ke)(ke)(ke)靠(kao)的(de)定位、測速、授時服務，且獨具(ju)短報文(wen)通(tong)信能力特色(se)的(de)全球衛星導(dao)航定位系統(tong)。可(ke)(ke)(ke)以預見，未來(lai)五年將(jiang)(jiang)(jiang)成為(wei)(wei)新一(yi)代導(dao)航衛星的(de)密集組網發射期(qi)，203所(suo)原(yuan)子鐘研(yan)制團隊將(jiang)(jiang)(jiang)迎來(lai)更多的(de)機會和挑戰。203所(suo)星載氫原(yuan)子鐘研(yan)制團隊將(jiang)(jiang)(jiang)秉承航天(tian)人一(yi)貫(guan)的(de)嚴謹細實、腳踏實地的(de)工作作風，繼續恪守質(zhi)(zhi)量(liang)至上、品質(zhi)(zhi)第一(yi)的(de)航天(tian)精(jing)神，保質(zhi)(zhi)保量(liang)的(de)為(wei)(wei)北斗(dou)導(dao)航系統(tong)提(ti)(ti)(ti)供(gong)高可(ke)(ke)(ke)靠(kao)高精(jing)度的(de)星載氫原(yuan)子鐘，為(wei)(wei)我國北斗(dou)導(dao)航事業(ye)的(de)發展貢獻力量(liang)。

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