揭秘北斗卫星的“中国心”

▲长征三号乙运载火箭耸立在发射塔架上。史啸摄/光亮图片

▲发射前，手艺人员对火箭进行各项功能查抄。史啸摄/光亮图片

▲斗极导航卫星上所搭载的星载铷原子钟。中国航天科工集团二院203所供图

▲长征三号运载火箭（及远征一号上面级）当作功发射第五、六颗斗极三号全球组网卫星。新华社发（梁珂岩摄）

▲处于总装阶段的长征三号乙运载火箭。 史啸摄/光亮图片

2月12日，我国采纳一箭双星体例，当作功发射了斗极三号第五、六颗组网卫星，这两颗卫星上各装载了中国航天科工集团二院203所研制的高精度铷原子钟，作为我国自立研制的星载原子钟，其手艺指标达到了国际进步前辈程度。

跟着斗极三号第5颗、第6颗导航卫星发射当作功，李春景与他的团队击掌相庆，作为203所原子频率尺度研究室副本家儿任，他曾负责斗极三号导航卫星重年夜专项高精度星载铷原子钟的研制，他率领的团队研制的星载铷原子钟被视作斗极二代导航卫星研制难度最年夜的产物之一，其手艺含金量之高，霸占难度之年夜，曾让斗极导航卫星总设计师谢军感言其研制过程“可歌可泣”。那么，原子钟是什么样的钟？它跟卫星导航之间又有什么关系呢？

1、原子钟是导航卫星的“心脏”

“星载原子钟作为导航卫星的‘心脏’，决议了导航系统的导航定位、测速及授时的精度，是一个国度可否具备自力成长导航系统能力的焦点手艺之一。”作为斗极二代导航卫星高精度星载铷原子钟研发负责人，李春景已经在原子钟研制的战线上奋战了14个年初，一谈到星载原子钟，他的话匣子就打开了。

据他介绍，斗极卫星导航系统作为我国正在实施的自立研发、自力运行的全球卫星导航系统，其导航的根基道理为操纵多个卫星与地球上某个物体之间的距离来确定该物体的位置。按照物理学道理，这个距离可以用旌旗灯号传布速度与时候相乘而获得，而卫星导航所利用的旌旗灯号传布速度，其数值是固心猿意马的，因而时候测度越切确，距离计较越精准，导航的位置定位就越精确。

因而，从这一角度来说，“卫星导航的焦点就是时候测量”。203所别的一条目星载原子钟——氢原子钟的本家儿管设计师王文明说，导航卫星上用来计较时候的紧密装配就是原子钟，它操纵原子接收或释放能量时发出的电磁波来进行计时。因为这种电磁波很是不变，再操纵一系列紧密的仪器进行节制，原子钟的计时精度可以达到每2000万年才误差1秒，从而为卫星导航供给切确的时候测度，也是以被称为导航卫星的“心脏”。

今朝星载原子钟分为氢原子钟、铷原子钟和铯原子钟，别离操纵氢、铷、铯三种元素来制造。此中，氢原子钟不变度指标最优，但研制难度也最高；铷原子钟具有体积小、重量轻、功耗低、手艺难度较低、靠得住性高档优势，为今朝列国导航系统遍及采用；铯原子钟利用寿命短，但最年夜优势是具有低漂移特征。

“今朝我国已经霸占了铷原子钟、氢原子钟的关头手艺，并已经在斗极导航卫星上利用了这两种原子钟搭配来测按时间的方案。”李春景说。与此同时，203所也已经组建了星载铯原子钟团队，并开展研制，将来也有但愿当作为斗极导航卫星的“心脏”。

2、当之无愧的高科技工艺精品

任何想要进入203所原子钟尝试室一探讨竟的人，都需要用白年夜褂、口罩、头套、手套、鞋套全副武装起来，最终全身上下只能留双眼裸露在外，而这仍然不敷，为了最年夜可能地避免外界干扰，进入尝试室还需穿越一段强风囊括的走廊，拂去身上的尘埃。在尝试室里，新风系统日夜满载工作，温度和湿度被严酷节制在必然规模，任何一台供卫星利用的原子钟在这里都像初生的婴儿一般，被小心呵护。

除了对出产情况要求高，星载原子钟的调试也是个“磨人”的差事。原子钟十分“娇气”，任何一个细微参数的转变都可能影响到它进入太空的表示，是以，每到整机调试阶段，都需要有足够经验的设计师亲自“操刀”。

“例如，进入太空后，卫星轨道情况温度会发生波动，而原子钟可能受此影响而发生误差，从而直接影响导航系统定位精度。”杨同敏说，他继李春景之后，担任了星载铷原子钟的项目负责人。据杨同敏介绍，为了降低原子钟对温度转变的敏感度，避免太空中发生误差，“研发人员必需领会这一部原子钟的全数特征，摸清它的电路和物理系统有什么‘脾性’，才能知道怎么综合调整造出最好的铷原子钟。”

“原子钟一旦上天，加电运行就直到它‘寿终’，要求必需绝对靠得住。”李春景说。在他眼里，“原子钟是当之无愧的高科技含量的工艺精品，需要具有工匠精力的工程师精心打造。”

3、实现全球导航必需先有“中国心”

比拟铷原子钟，于2018年1月随斗极三期第三、四颗星飞入太空的氢原子钟可使斗极导航系统实现更高的定位精度、全球笼盖及较长的自立导航能力，显著降低斗极导航系统全球应用时的校时压力。

可是因为氢原子钟布局和道理更复杂，其研举事度也更年夜。为了让斗极导航系统获得与美国GPS、欧盟的伽利略、俄罗斯的三代格洛纳斯这三年夜导航系统相媲美的能力。星载氢原子钟的团队也用了近十年时候，解决了温控系统的参数优化，电磁兼容性的改善等一系列手艺难题，实现了氢原子钟指标优化，整机小型化、轻量化手艺等研究，并最终应用于斗极导航卫星。

无论是氢原子钟仍是铷原子钟，星载原子钟这个对准步入宿世界前列的重点使命，在立项之初都让人“挠头”——尝试室情况要求高，手艺完全为国外垄断，研制过程毫无经验可借鉴，“虽说早有心理筹办，但仍是没有预料到攻关居然会如斯艰难，良多难题以前从未碰到。”李春景说，“但他同时也清醒地熟悉到：要搞全球导航，首要前提就是要有原子钟！原子钟产物不克不及依靠进口，只有本身干一条路可走！”

理头绪，做尝试，日夜兼程的调试，大师就像上了发条的钟一样不知怠倦。“为了搞心猿意马手艺难题，白日黑夜连轴转进行尝试、验证；情况试验时，团队当作员多班倒，进行日夜守护和记实数据。”李春景说。长年累月年夜脑高度集中于此，竟真呈现了梦中解决难题的神奇履历，“大师几多都碰到过梦到原子钟联调的情景。”中国的斗极导航卫星所需要的优良“中国心”，就在如许攻坚克难中自立研发而当作。

现在，203所研制的星载铷原子钟和氢原子钟在手艺机能及靠得住性上均达到国际进步前辈程度，实现了星载原子钟关头手艺自立可控，打破了国外垄断，该所还为此在2017年获得国度科技前进奖特等奖。瞻仰星空，几乎每一颗斗极导航卫星都安装了203所研制的原子钟，这些“中国心”将使我国斗极自立全球导航系统走入高机能行列的胡想变为实现。

来历：光亮日报