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打破西方國家星載原子鐘技術壟斷
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發表時間:2017-07-05 07:22作者:小馬來源:長江日報

“北斗三號”系統組網衛星計劃今年首次發射。星載原子鐘被稱為導航衛星的“心臟”,新一代高性能星載銣原子鐘,將為北斗系統提供更優的定位精度。而這一研制者,就是中國科學院武漢物理與數學研究所梅剛華團隊。梅剛華6月27日告訴長江日報記者,定位精度可以達到人群間距這么近。

中國科學院武漢物理與數學研究所研究員梅剛華

中國科學院武漢物理與數學研究所研究員梅剛華

打破西方國家星載原子鐘技術壟斷

計劃于2020年建成的“北斗三號”系統是我國自主建設的世界四大全球衛星定位導航系統之一,其他三個分別為美國的GPS系統、俄羅斯的格洛納斯系統和歐盟的伽利略系統。在北斗系統工程建設啟動之初,少數西方國家壟斷了星載原子鐘技術,對我國實行封鎖禁運。在從國外引進星載原子鐘遭拒后,要建成完全自主可控的衛星導航系統,中國只能靠自己。

梅剛華向長江日報記者介紹,星載原子鐘的精度對衛星導航系統的定位和授時精度具有決定性作用,被稱為導航衛星的“心臟”。星載原子鐘技術難度極大,除了精度要求極高以外,還要滿足苛刻的小型化、低功耗、長壽命、高可靠性要求。

曾為解決技術問題幾乎三天三夜沒合眼

為了研制出滿足北斗工程應用需求的星載銣原子鐘,梅剛華團隊奮斗了20年。以小型化為例,他們通過上百次試驗,研制成功具有全新結構和工作原理的開槽管式微波腔,可以利用小體積原子氣室激勵出高強度原子躍遷信號,獲得了中、美兩國發明專利授權。為了實現我國星載原子鐘技術從無到有、由有到強的跨越,20年來他們沒有正常休過一次長假。有一次,為了解決一個技術問題,他幾乎三天三夜沒合眼。

2008年前后,梅剛華團隊成功研制出具有完整自主知識產權、滿足航天工程要求的星載銣原子鐘正樣產品,做到計時精度與美國GPS系統的同期技術相當,打破了國外技術壟斷和封鎖,并批量用于“北斗二號”衛星,為北斗系統于2012年完成亞太地區組網并提供區域服務作出了重要貢獻。

目前,該團隊系統學習并掌握了航天產品建造規范,在主要從事基礎研究的武漢物數所建立起航天產品研制生產線,使該所成為國內唯一同時具備星載銣鐘整機設計和制造能力的單位。

最新星載銣原子鐘滿足分米級定位

我國北斗系統工程建設現處于第三步即“北斗三號”全球系統建設階段,設計精度更高,對星載原子鐘也提出了更高的技術要求。梅剛華團隊在不到5年的時間內,研制出新一代星載銣原子鐘產品,原子鐘的計時精度改善了約10倍,達到100億分之3秒水平,與美國GPS衛星最新一代星載銣鐘并列,躋身國際頂尖水平,可以滿足分米級導航定位需求。“分米級導航定位”,意味著定位精度可以達到人群間距這么近的定位。比如,現在很多汽車都裝載了衛星導航定位系統,只能精確到10米左右,只能了解在路上的哪個位置。為了安全起見和防止堵車,要求每輛汽車在車道上行駛,那就要求精確到1米了,而如能達到分米級定位,即比車道間距還要小。

中國科學院院士、北斗導航系統副總設計師楊元喜曾經點評:“武漢物數所做的衛星鐘,凝結了咱中國人的智慧。”

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