□王文明操春燕本報記者王惜純

　　2015年9月30日7時13分，航天科工集團二院203所（以下簡稱203所）研制的星載氫原子鐘跟隨第4顆新一代北斗導航衛(wèi)星，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。據(jù)悉，這是自2000年我國發(fā)射北斗導航衛(wèi)星以來，首次搭載氫原子鐘。此次衛(wèi)星入軌后，將開展星載氫原子鐘、星間鏈路、新型導航信號體制等試驗驗證工作，并適時入網(wǎng)提供服務。

　　原子鐘是北斗導航衛(wèi)星的最關鍵載荷之一，是時頻分系統(tǒng)的心臟，決定導航系統(tǒng)導航定位、測速及授時精度，是一個國家能否具備獨立發(fā)展導航系統(tǒng)能力的核心標志之一。在軍事現(xiàn)代化的今天，一個國家導航衛(wèi)星的研制水平和能力，直接決定其戰(zhàn)時軍事應對能力。因為沒有準確的定位，就談不上精準地打擊，而這個精準定位的核心就是原子鐘。

　　據(jù)203所有關技術專家介紹，在衛(wèi)星導航系統(tǒng)中，1ns（納秒）的時間測量誤差，將會引起0.3m的測距誤差。因此，時間的精密測量，決定導航定位的精度?？紤]到衛(wèi)星星歷的不確定性、電離層傳輸延遲及定位誤差幾何分布等諸多因素對時間測量精度的影響，衛(wèi)星導航系統(tǒng)對原子鐘的性能指標就提出了更高的要求。

　　例如，新一代導航系統(tǒng)定位精度0.1m、授時精度0.3ns的設計要求，對原子鐘穩(wěn)定度近乎苛刻，即秒穩(wěn)優(yōu)于1×10-12和日穩(wěn)優(yōu)于1×10-14。考慮到導航系統(tǒng)在非常時期應具備的自主導航能力，要求原子鐘的日漂移率優(yōu)于5×10-15，以保障北斗導航系統(tǒng)擁有半年以上的自主導航能力，從而顯著降低北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)全球應用時的校時壓力和對地面的依賴程度。要滿足上述諸多要求，研制高穩(wěn)定高可靠高指標重量輕的原子鐘成為必然趨勢和要求，世界各國爭先恐后致力于不斷攻克相關技術難關，努力研制出更高指標的原子鐘，以領導航定位市場和提升軍事應用能力。

　　據(jù)悉，當前全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)中，美國GPS導航衛(wèi)星采用了銫原子鐘和銣原子鐘結合的方式，歐盟Galileo導航衛(wèi)星采用了銣原子鐘和被動型氫原子鐘結合的方式，俄羅斯Glonass-K 三代導航衛(wèi)星也將采用銣原子鐘和被動型氫原子鐘結合的方式，我國新一代北斗導航衛(wèi)星正在開展銣原子鐘和被動型氫原子鐘相結合的授時方式。

　　縱觀國內外導航衛(wèi)星所配備原子鐘的方案不難發(fā)現(xiàn)，均使用兩種不同時域穩(wěn)定度優(yōu)勢互補的原子鐘來保證衛(wèi)星的守時能力，且種類均為技術發(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、技術難度相對較低、可靠性高等優(yōu)勢被全球四大導航系統(tǒng)普遍采用，但其長期穩(wěn)定度和漂移率指標相對較差。新一代高精度銣原子鐘雖然滿足導航衛(wèi)星在地面主控站不斷同步校準下的指標要求，但無法滿足導航系統(tǒng)中長期自主導航能力要求。銫原子鐘的最大優(yōu)勢是低漂移特性，主要用于導航衛(wèi)星的長期自主守時，可滿足非常時期的應用需求，但銫原子鐘的使用壽命短是致命的短板，幾項關鍵技術仍未徹底攻關，目前國際上僅有美國掌握其關鍵技術。

　　據(jù)專家介紹，氫原子鐘分為主動型和被動型兩種類型，主動型穩(wěn)定度指標最優(yōu)，但是體積較大；被動型體積、重量和功耗相對較小，可搬運，穩(wěn)定度指標僅次于主動型。另外，被動型氫原子鐘因其獨有的選態(tài)組件和儲存泡結構特性，使得其可獲得較為理想的原子躍遷譜線，使其穩(wěn)定度指標在傳統(tǒng)3樣中最優(yōu)，當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，但可保障導航系統(tǒng)長達半年以上的自主導航能力，這使得氫鐘成為衛(wèi)星導航中最具有競爭力的原子鐘。

　　實驗結果顯示，目前203所研制的星載氫原子鐘穩(wěn)定度和漂移率等關鍵指標，均已達到國際一流水平。此次星載氫原子鐘在北斗導航系統(tǒng)的應用，可大幅提高導航精度、性能和自主維持能力，大幅降低北斗導航系統(tǒng)對地面的依賴程度，能夠自主導航180天，為北斗導航衛(wèi)星的軍事應用提供重要保障。

　　根據(jù)北斗導航系統(tǒng)全球組網(wǎng)建設計劃，2018年其可為“一帶一路”沿線國家提供基礎服務，2020年左右將具備全球服務能力，這將成為我國自主建設、獨立運行，并與世界其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容共用，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、測速、授時服務，且獨具短報文通信能力特色的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

　　專家分析稱，未來5年將成為新一代導航衛(wèi)星的密集組網(wǎng)發(fā)射期，203所原子鐘研制團隊將迎來更多的機會和挑戰(zhàn)。