我国新一代氢原子钟、铷原子钟 同在北斗三号应用

日前，我国采取一箭双星方式，成功发射了北斗三号第三、第四颗组网卫星，这两颗卫星上均装载了航天科工二院203所研制的一台高精度铷钟和一台星载氢钟，它们的技术指标都达到了国际先进水平。

原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的设备，其研发涉及量子物理学、电学、结构力学等众多学科，目前国际上仅中、美、俄等少数国家具有独立研制能力。星载原子钟主要应用于导航系统，分为氢原子钟、铷原子钟和铯原子钟三种。美国的GPS导航系统、欧洲的伽利略导航系统及俄罗斯的格罗纳斯导航系统，均采用了铷原子钟搭配铯原子钟，或者铷原子钟搭配氢原子钟的方案，充分发挥了铷原子钟体积小、重量轻及铯原子钟、氢原子钟长期性能优异的特点。

全面提升原子钟性能指标

“北斗”卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。作为导航卫星的心脏，高性能的星载原子钟对导航精度具有决定性作用。

相比北斗一期、二期工程中单纯采用铷原子钟，本次发射的北斗三号导航卫星上不但装载有新一代高精度铷原子钟，相比前代产品其体积更小、重量更轻，技术性能大幅提升，已达到国际先进水平。更值得一提的是，装载的星载氢钟，这是其在北斗二代二期试验卫星得到验证后，首次应用于北斗导航系统组网卫星。相比铷原子钟，氢原子钟在重要技术指标，如频率稳定度、频率准确度及日漂移率等方面具有明显优势。星载氢钟的应用可使北斗导航系统实现更高的定位精度、全球覆盖及较长的自主导航能力，显著降低北斗导航系统全球应用时的校时压力。这是其可与世界其它三大导航系统相媲美的必要条件。

攻坚克难，十年铸剑终成功

星载氢钟包括物理和电路两部分，构成较为复杂。为满足卫星发射及在轨运行时需要面对的振动、温度、辐照等苛刻环境要求，进一步增加了研制难度。为此，203所用了近十年的时间，相继解决了高性能长寿命吸气剂复合真空泵技术、微波腔和磁屏蔽的小型化及抗振性等一系列技术问题；温控系统的参数优化，电磁兼容性的改善，使星载氢钟长期频率稳定度大幅提高，增强了整机的环境适应性。最终攻克了包括指标优化，整机小型化、轻量化技术研究，空间环境适应性、可靠性与长寿命技术研究等关键技术难题。目前，203所研制的星载氢钟在技术性能及可靠性上均达到国际同类产品水平，为北斗三号组网卫星的高性能、长寿命要求提供了有力保障。

“航天质量就是我们的生命，这是每一个航天人对高可靠、高质量航天技术的庄严承诺。”北斗工程副总师谢军如是说道。不同于其他卫星，北斗系统对此要求更多，北斗是一个系统工程，用户每次享受到北斗系统的服务，都至少需要4颗北斗卫星提供服务。

北斗又是一个全球覆盖的系统，至少需要20余颗卫星同时提供稳定服务，对卫星产品的要求极其苛刻。北斗必须具备连续的信号，信号不能中断，系统必须连续、稳定、完好、可用。到2020年，北斗导航系统将是第三个提供全球导航的定位系统。到那时，我们生活方方面面60%的导航定位都是我们自己的卫星，逐步取代GPS的地位。这对我国来说具有重要的战略意义。

为北斗提供40台优良的产品

203所是我国唯一一家同时生产氢原子钟、铷原子钟、铯原子钟的单位，拥有雄厚的原子钟技术实力，已累计为系统总体提供了40台以上的星载原子钟，产品历经了系统设计、验证、试验、组网的所有阶段，几乎每颗北斗导航卫星都安装了203所的原子钟，这些产品保持了突出的产品可靠性和优良的产品性能，为星座的建设作出了贡献，203所因此于2017年获得国家科技进步特等奖。

203所目前还在紧锣密鼓的为北斗系统的地面守时站研制蓝宝石主动氢脉泽，这种原子钟拥有国内最高的性能指标，可在地面环境进行高精度守时，为北斗卫星的时间校正和信号注入提供重要支撑。

（部英男 吴巍）