氫銣原子鐘，導航更精準

日前，我國采取一箭雙星方式，成功發(fā)射了北斗三號第三、四顆組網(wǎng)衛(wèi)星，這兩顆衛(wèi)星上均裝載了中國航天科工二院203所研制的一臺高精度銣原子鐘和一臺星載氫原子鐘，技術指標達到國際先進水平。

原子鐘是利用原子躍遷頻率穩(wěn)定的特性來獲取精準時間頻率信號的設備，其研發(fā)涉及量子物理學、電學、結構力學等眾多學科，目前國際上僅中、美、俄等少數(shù)國家具有獨立研制能力。星載原子鐘主要應用于導航系統(tǒng)，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(tǒng)、歐洲的伽利略導航系統(tǒng)及俄羅斯的格洛納斯導航系統(tǒng)，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(fā)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(yōu)異的特點。

作為導航衛(wèi)星的“心臟”之一，高性能的星載原子鐘對導航精度起到?jīng)Q定性作用。相比北斗一期、二期工程中單純采用銣原子鐘，本次發(fā)射的北斗三號導航衛(wèi)星上裝載有新一代高精度銣原子鐘，比前代產(chǎn)品體積更小、重量更輕，技術性能大幅提升。

更值得一提的是裝載的星載氫原子鐘，這是其在北斗二代二期試驗衛(wèi)星得到驗證后，首次應用于北斗導航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星。相比銣原子鐘，氫原子鐘在重要技術指標，如頻率穩(wěn)定度、頻率準確度及日漂移率等方面具有明顯優(yōu)勢。星載氫原子鐘的應用可使北斗導航系統(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)全球應用時的校時壓力。

星載氫原子鐘包括物理和電路兩部分，構成較為復雜。衛(wèi)星發(fā)射及在軌運行時需要面對的振動、溫度、輻照等苛刻環(huán)境要求，進一步增加其研制難度。經(jīng)過技術攻關，我國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(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，電磁兼容性的改善，使星載氫原子鐘長期頻率穩(wěn)定度大幅提高，增強了整機的環(huán)境適應性。最終攻克了包括指標優(yōu)化，整機小型化、輕量化技術研究，可靠性與長壽命技術研究等關鍵技術難題。目前，我國的星載氫原子鐘在技術性能及可靠性上均達到國際同類產(chǎn)品水平，為北斗三號組網(wǎng)衛(wèi)星的高性能、長壽命要求提供了有力保障。

“作為無線電時間頻率計量標準領域的尖端技術，我國正在進入星載原子鐘研制的‘無人區(qū)’。”航天科工二院203所黨委書記韓志平表示，未來中國的星載原子鐘將會有更多原創(chuàng)性突破，助力我國航天事業(yè)發(fā)展。(蔣建科 部英男 吳巍)