去年9月30日，搭載中國(guó)首臺(tái)氫原子鐘的第四顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，據(jù)悉，此前發(fā)射的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星搭載的原子鐘為銣原子鐘，上海天文臺(tái)自主研發(fā)的星載氫原子鐘，首次搭載北斗實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，自去年11月9日開(kāi)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行至今。

　　原子鐘是以原子鐘共振頻率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算及保持時(shí)間的精度和穩(wěn)定性，是世界上已知最準(zhǔn)確的時(shí)間測(cè)量和頻率標(biāo)準(zhǔn)。原子鐘是導(dǎo)航衛(wèi)星的最關(guān)鍵載荷之一，決定了導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航定位、測(cè)速及授時(shí)精度。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，1納秒時(shí)間測(cè)量誤差將引起0.3米的測(cè)距誤差，因此，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)原子鐘的性能指標(biāo)有很高的要求。

　　當(dāng)前全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，美國(guó)的GPS導(dǎo)航衛(wèi)星采用了銫原子鐘和銣原子鐘結(jié)合的方式;歐盟的伽利略(Galileo)導(dǎo)航衛(wèi)星采用了銣原子鐘和被動(dòng)型氫原子鐘結(jié)合的方式;俄羅斯Glonass-K三代導(dǎo)航衛(wèi)星也將采用銣原子鐘和被動(dòng)型氫原子鐘結(jié)合的方式。

　　縱觀國(guó)內(nèi)外導(dǎo)航衛(wèi)星所配備原子鐘的方案不難發(fā)現(xiàn)，均使用兩種不同時(shí)域穩(wěn)定度優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的原子鐘來(lái)保證衛(wèi)星的守時(shí)能力，且種類(lèi)均為技術(shù)發(fā)展成熟的傳統(tǒng)3樣(氫、銣、銫)原子鐘。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。新一代高精度銣原子鐘雖然滿足導(dǎo)航衛(wèi)星在地面主控站不斷同步校準(zhǔn)下的指標(biāo)要求，但無(wú)法滿足導(dǎo)航系統(tǒng)中長(zhǎng)期自主導(dǎo)航能力要求。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)，可滿足非常時(shí)期的應(yīng)用需求，但銫原子鐘的使用壽命短是致命的短板，幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)仍未徹底攻關(guān)，目前國(guó)際上僅有美國(guó)掌握其關(guān)鍵技術(shù)。

　　據(jù)專(zhuān)家介紹，氫原子鐘分為主動(dòng)型和被動(dòng)型兩種類(lèi)型，主動(dòng)型穩(wěn)定度指標(biāo)最優(yōu)，但是體積較大;被動(dòng)型體積、重量和功耗相對(duì)較小，可搬運(yùn)，穩(wěn)定度指標(biāo)僅次于主動(dòng)型。另外，被動(dòng)型氫原子鐘因其獨(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，使其穩(wěn)定度指標(biāo)在傳統(tǒng)3樣中最優(yōu)，當(dāng)然研制難度也是傳統(tǒng)3樣中最高的。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。

　　目前203所研制的星載氫原子鐘穩(wěn)定度和漂移率等關(guān)鍵指標(biāo)，均已達(dá)到國(guó)際一流水平。(整理|泰伯網(wǎng) 張瑜奕)