生活中我們常以分秒來(lái)計(jì)時(shí)，而在當(dāng)今的太空探測(cè)、通信導(dǎo)航、天文觀測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，卻越來(lái)越需要更精密的時(shí)間測(cè)量，時(shí)間常常被準(zhǔn)確到萬(wàn)分之一秒，甚至百萬(wàn)分之一秒，為了達(dá)到這一要求，許多精密的計(jì)時(shí)器誕生了，原子鐘就是其中之一。

　　原子鐘是利用原子在不同能級(jí)（數(shù)值高度確定）吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波的頻率的周期作為計(jì)時(shí)單位的。由于這種電磁波產(chǎn)生于原子內(nèi)部微觀運(yùn)動(dòng)其頻率屬于自然頻率，所以非常穩(wěn)定。

　　由于原子鐘涉及量子力學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)、熱學(xué)、真空物理、電子學(xué)等多學(xué)科，是一個(gè)高精度、多交叉學(xué)科產(chǎn)物，研制難度很大。相較于我們的手表幾天就會(huì)同標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相差一秒，原子鐘要求指標(biāo)高，其準(zhǔn)確度在E的-12次方，穩(wěn)定度要求在E的-14次方，如果扣除鐘漂移，至少上萬(wàn)年才會(huì)有一秒鐘差。除了指標(biāo)，其可靠性要求更高，原子鐘一旦開(kāi)機(jī)就要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這就意味著工作到“壽終正寢”，中間不能出現(xiàn)任何問(wèn)題。

　　原子鐘的調(diào)試測(cè)試周期都很長(zhǎng)，尤其是在調(diào)試測(cè)量日頻率穩(wěn)定度時(shí)，一改錐下去，打開(kāi)機(jī)蓋，就意味著要等15天時(shí)間，才能準(zhǔn)確評(píng)估這臺(tái)鐘是否達(dá)標(biāo)，兩改錐就一個(gè)月出去了。這就意味著，要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)進(jìn)行調(diào)試，這是一項(xiàng)對(duì)工程經(jīng)驗(yàn)要求極高又極其耗費(fèi)精力、時(shí)間的心血活兒，原子頻率標(biāo)準(zhǔn)研究室主任高連山介紹道。

星載氫鐘

　　航天科工203所是國(guó)內(nèi)唯一一家同時(shí)具有氫鐘、銣鐘、銫鐘生產(chǎn)能力的研制單位，銣原子鐘具有體積小重量輕、功耗低、技術(shù)難度相對(duì)較低、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，被全球四大導(dǎo)航系統(tǒng)普遍采用，但其長(zhǎng)期穩(wěn)定度和漂移率指標(biāo)相對(duì)較差。被動(dòng)型氫原子鐘體積、重量和功耗相對(duì)較小，可搬運(yùn)，因其獨(dú)有的選態(tài)組件和儲(chǔ)存泡結(jié)構(gòu)特性，使得其可獲得較為理想的原子躍遷譜線(xiàn)，其穩(wěn)定度指標(biāo)相比銣鐘、銫鐘都是最優(yōu)。其漂移率雖不及優(yōu)選型銫原子鐘，但可保障導(dǎo)航系統(tǒng)長(zhǎng)達(dá)半年以上的自主導(dǎo)航能力，這使得氫鐘成為衛(wèi)星導(dǎo)航中最具有競(jìng)爭(zhēng)力的原子鐘。銫原子鐘的最大優(yōu)勢(shì)是低漂移特性，主要用于導(dǎo)航衛(wèi)星的長(zhǎng)期自主守時(shí)，可滿(mǎn)足非常時(shí)期的應(yīng)用需求，但銫原子鐘的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，目前國(guó)際上僅有美國(guó)掌握。

　　在當(dāng)前全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，美國(guó)GPS采用了銫原子鐘和銣原子鐘結(jié)合的方式。歐盟的伽利略、俄羅斯的三代格洛納斯以及我國(guó)正在建設(shè)的北斗三號(hào)，均采用銣原子鐘和被動(dòng)型氫原子鐘相結(jié)合的授時(shí)方式。我國(guó)北斗采用了三種軌道，MEO，GEO，IGSO，更具特色，不僅有助于在中國(guó)國(guó)土面積內(nèi)更好地對(duì)北斗進(jìn)行控制，還具備了獨(dú)有的短報(bào)文服務(wù)。

　　由導(dǎo)航衛(wèi)星搭建的星地坐標(biāo)系中，每個(gè)星座都有自己的坐標(biāo)信息，通過(guò)測(cè)量我們與星座間的距離，就能解算出我們?cè)谠撟鴺?biāo)系的位置。在光速已知的前提下，時(shí)間測(cè)量越精密，位置解算就越精確。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，1納秒的時(shí)間測(cè)量誤差將會(huì)引起0.3米的測(cè)距誤差，因此時(shí)間的精密測(cè)量決定著導(dǎo)航定位精度。如果沒(méi)有高精度時(shí)間測(cè)量神器原子鐘，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確導(dǎo)航。原子鐘是整個(gè)導(dǎo)航的核心，沒(méi)有原子鐘就沒(méi)有導(dǎo)航。氫鐘團(tuán)隊(duì)骨干王文明博士介紹道。

　　導(dǎo)航衛(wèi)星一般由20余顆組成，每顆衛(wèi)星都搭載著一組原子鐘，原子鐘的體積小、重量輕、功耗小，為了提高鐘組可靠性，一般采用1臺(tái)主鐘加備份鐘的方案，一旦工作異常，鐘組無(wú)損切換，同時(shí)，原子鐘的時(shí)間同地面的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間還要定期進(jìn)行校對(duì)，每經(jīng)過(guò)地面站的時(shí)候都會(huì)進(jìn)行校對(duì)，以確保原子鐘的準(zhǔn)確度。上述機(jī)制保障長(zhǎng)期連續(xù)可靠的保持著高精度的星上時(shí)間。  

　　北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全國(guó)產(chǎn)化星載原子鐘的批量搭載，標(biāo)志著我國(guó)原子鐘發(fā)展已經(jīng)擺脫了國(guó)外技術(shù)封鎖，并實(shí)現(xiàn)了從跟跑到并駕齊驅(qū)的跨越，目前我國(guó)正著力研制新一代更高性能水平原子鐘，以期達(dá)到國(guó)際一流水準(zhǔn)。

星載銣鐘

地面守時(shí)氫鐘