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原子鐘知識科普講解
航天203所為北斗三號衛星提供氫原子鐘和銣原子鐘
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發表時間:2017-11-02 08:01來源:中國航天

近日,北斗衛星發射進入倒計時,北斗三號全球定位系統的建設已在全面啟動,衛星進入密集發射組網階段,系統將在2020年左右向全球提供服務。中國航天科工集團二院203所作為衛星核心設備供應單位,此次為北斗三號衛星提供了一臺氫鐘和一臺銣鐘,助力北斗三號定位精度進一步提升。

據介紹,北斗衛星的上行和下行信號中,時間信息是最重要的控制信息和定位依據。用戶定位信息準確的前提是各衛星本地時間的高度統一,而維持衛星時間準確性的守時設備就是原子鐘,沒有原子鐘就沒有全球導航。原子鐘被稱為導航衛星的心臟,原子鐘一旦性能不佳或失效,這顆衛星便會性能退化或跟隨失效,也即是原子鐘的技術水平及可靠性將直接決定系統的可靠性,也是一個國家能否具備獨立發展導航系統能力的核心標志之一。我國的北斗全球導航系統同時應用了星載氫原子鐘和星載銣原子鐘,這兩種原子鐘優缺點互補,為北斗系統提供了良好的守時基礎。

銣原子鐘

203所為北斗衛星提供高精度的星載氫原子鐘、星載銣原子鐘,同時也為地面守時站提供藍寶石主動氫脈澤,這些產品目前綜合水平及關鍵指標已達到國際先進水平,直接有效地支撐了我國北斗全球導航系統的建設,并在2017年獲得國家科技進步特等獎。203所依靠雄厚的原子鐘技術實力,已累計為系統總體提供了40臺以上的星載原子鐘,產品歷經了系統設計、驗證、試驗、組網的所有階段,幾乎每顆北斗導航衛星都安裝了203所的原子鐘。

同時,203所目前正在為北斗系統的地面守時站趕制藍寶石主動氫脈澤,這種原子鐘擁有國內最高的性能指標,可在地面環境進行高精度守時,為北斗衛星的時間矯正和信號注入提供重要支撐。

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北斗衛星發展介紹

目前,地球上空,15顆中國自主建設、獨立運行的北斗導航衛星日夜不停運轉。自2000年第一顆北斗一號衛星成功發射,我國北斗衛星導航系統按計劃穩步推進,躋身全球四大衛星導航系統之列。

最近5年,北斗導航衛星發射進入密集期,圓滿實現北斗衛星導航系統區域組網并投入運行,攻克了運載火箭上面級直接入軌發射、高精度原子鐘、星間鏈路、自主導航等關鍵技術,取得了一大批具有自主知識產權的高精尖科技成果。其中,北斗二號衛星工程獲得2016年度國家科學技術進步獎特等獎,實現了國際衛星導航領域和我國航天領域的多個首創,走出了獨具中國特色的衛星導航系統發展道路。

根據北斗衛星導航系統“三步走”發展戰略,2017年下半年,我國將采用一箭雙星發射6至8顆北斗三號衛星。屆時,將實現北斗衛星導航系統建設史上多個突破。據悉,北斗三號衛星還將于2018年率先為“一帶一路”沿線國家提供基本服務,2020年形成全球服務能力,建成世界一流的全球衛星導航系統。

衛星導航定位系統廣泛應用于政治、經濟、軍事等領域,對維護國家利益具有重大意義。通過近年來科研人員奮力拼搏,北斗衛星導航系統迎來了產業化的“黃金時代”,充分顯示了中國科技創新的綜合實力。目前,“北斗”不僅在測繪、交通運輸、減災救災、電力、農業等領域得到廣泛應用,還在監控跟蹤類可穿戴式設備、移動健康醫療、城市快遞、互聯網汽車和共享單車等細分領域獲得更加廣泛的拓展。據專家測算,2020年前后,北斗產業規模將達到2400億元。

約600年前,中國古人通過測量北斗星的高度,換算出相應的地球緯度;如今,15顆“北斗”嵌滿星空,璀璨的“中國坐標”正服務全球越來越多的用戶,成為繼高鐵出海、核電外交后的又一張“中國名片”。

北斗一號、北斗二號、北斗三號的區別是什么?

——北斗一號:有源定位,即RDSS

——北斗二號:有源定位(RDSS)+無源定位(類似GPS),覆蓋地球三分之一

——北斗三號:覆蓋全球,性能提升

據北斗二號衛星工程總設計師助理郭樹人介紹,我國自2015年以來已成功發射5顆北斗全球導航試驗星,目前已完成試驗驗證,基本固化了北斗三號衛星的狀態。此外我國力爭在2030年前建成以北斗系統為基石的國家綜合PNT(定位、導航、授時)體系,顯著提升時空信息服務能力。

西安同步電子科技有限公司祝賀我國原子鐘完全實現國產化,希望原子鐘的價格能夠更加接近民用,盡快代替國外商業化原子鐘。

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