设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 8179|回复: 44
打印 上一主题 下一主题

[科技前沿] 正经说个硬的:原子钟

  [复制链接]
  • TA的每日心情
    慵懒
    2023-12-6 00:54
  • 签到天数: 1562 天

    [LV.Master]无

    跳转到指定楼层
    楼主
     楼主| 发表于 2020-7-22 21:00:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 七月群山 于 2020-7-22 21:06 编辑 2 }0 L- e: O' C4 ?/ o

    , V+ [1 D/ T( Z* J& Q# {前不久收官的北斗-3(BDS-3)定位星座,用了一项顶牛逼的硬核科技:氢原子钟。
    ; G% W8 K6 e2 a* ^4 M% J- T
    / e) ?6 R* Z3 _, V5 Z0 |1 _1 r8 d- ~- v+ m氢原子钟是通俗说法。正经说,北斗-3用的是一台叫“被动型惰性氢分子激射器”的时频仪器,简称PHM。
    0 W- d. K# c. P8 K% c( ^2 A- L9 N% F7 v. ^8 M  l
    个头、模样大致如此,二十六公斤。( X/ J3 L5 t2 C6 o
    9 n1 Q! b3 t! m9 G5 _/ y( Y7 ~8 A
    氢原子钟,Hydrogen MASER(Microwave/Molecular Amplification by Stimulated Emission of Radiation),分两种:主动有源型(active)和被动无源型(passive)。主动型当然好了,是目前已知精度最高的,就是呢个头太大了些,要求的温度条件和材料也相当苛刻,在地面站没问题,上卫星就不现实了;被动型,就是现在北斗3系用的,精度大概好像可能是差一个0,但是比目前美国GPS的铷钟,还是精确了两个到三个0,也就是一百到一千倍,稳定性也更高,耗电量随之也增加了,大致好像是五十瓦的级别,用在卫星上还不是负担。
    9 {2 w3 I, f! d/ z# C2 g! s$ @* Z
    4 t& m! d. d8 M! T8 d当然,北斗3系是氢铷钟复合的双保险,这也是新卫星的主流——在卫星方面,目前,中国自己,还真就是主流,平均两星期发一颗,没别人了。
    / u8 o! W5 y% T) W5 {
    . }+ P. E! n% o. J  ~+ V定位星座,美国“老大”,大不大另说,老肯定是够老的;俄罗斯、欧盟也都使用氢钟技术的,但和中国比嘛,理论上是没有代差啦,而且俄版自称抗干扰(此话怎讲?)方面有优势,但他总共就24+3颗的实力,可靠性也明显比我差;欧盟的伽利略,用的法国欧赫利亚(orolia)公司的产品,虽说重量上有优势(18公斤),耗电更低,但毕竟是民用级别的,精度被咱碾压不说,最要命好像是,还没射过?. U! u/ ?- A( `  z/ `! k
    ! E  r( u3 S0 d/ V, x9 e/ @8 |
    还有一个印度,印度挺牛的。有一个航天科技世界排名的网站,把印度排在美中欧俄日之后;印度科学家不乐意了,说,如果把人口和总投资之类的因素加进去,印度实际是世界第一的——反正印度人的算数最棒,总能把印度算成世界第一,连韩棒都比不过印棒。背着手撒尿不服不行。0 ]& `6 C! U& {' S

    ) a2 y' K) k% x( i. h也许有人知道,在中国的北斗2系之后,大概是2013~2016,印度发射了7颗卫星的区域定位系统,叫navic。中国的几家手机为了抢印度市场,还想抬举抬举这个navic来着,不过印度至今也没搞出来相关的芯片,就更别提软件了。那这个navic干嘛用的?或者说有没有任何应用?这是印度之谜!
    0 e# y* i* T3 U* v6 O5 G
    4 v9 }' q( u9 a( I2 W; K不开玩笑,印度那威客的实际情况是,成网的第二年,一号星停摆了;然后补发一颗,失败了,到2018年再补发,按说是成功了,但其它几颗的可靠性明显的不行了。5 c5 n+ z1 `& M) p0 u+ _8 L

    / C$ B0 |* }8 E8 \7 j/ t' h啥停摆了?原子钟啊!当年,2013年,印度虽说自己造不出原子钟,可它买的也是世界顶级的法国频谱计时spectratime公司的铷钟,虽说是民用级别的,毕竟是伽利略系统的供应商,(就是orola的前身,orola目前也是华为的供应商),,,不管怎样,反正,在原子钟方面,印度目前是,空白。当然就更不存在军用级别的定位系统了。没有卫星技术的支撑,其它的,比如导弹啦,无人机啦,,,等等,都必须仰人鼻息,“大国”悲哀莫过于此。
    . J# }, [0 K/ J4 C  o( f- n
    3 s- t- |/ ^. _1 D4 l1 Z说些个大家可能百度不到的。; ^" Y" Z& _7 T. g3 ?
    8 I" o! F3 j( B# K, l
    ===前方高能===4 b' r8 M' P  d$ y+ n

    0 S( A, m6 {7 G9 I6 u0 F1 c原子钟的重要性,中国科学家早就明白,但是啊,新中国那叫一个一穷二白,看着hp——没错,就现在笔记本的hp,在咱炮打司令部之前,1964年,hp就造出了便携式原子钟,眼馋啊,哈喇子流一尺那种。
    + q" X  s7 Y$ S) B3 j! l
    6 ]3 B2 |4 }: t3 z那年,从字面意义讲,“时间”是掌握在美国的国家标准局手里的,懂吗,它可以是上帝,或者阎罗王。9 v4 h) ?6 L; [8 Y' I
    8 E  g! T: P# n) B; S

    & S1 k7 i, M, l+ e惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    + M2 P  B2 l1 u2 s5 h# e4 d& E1 w4 l; [2 t% H
    1964年的我们,面上菜色未消,胸中“铯”心又起。裤腰带紧了两扣,就制定了第一个铯束原子钟的十年大计。不到五年,达成第一阶段小目标,我们算是做到了原子钟的入门级。然后点点悲剧,,,等到“文革”消停了几天,“余毒”还没肃清呢,英明领袖还是华主席呢,胡耀邦还没开始“敲边鼓”呢,,,已经有“臭老九”开始蠢蠢欲动,甚至扬言,要把失去的“时间”夺回来!
    " z- h$ l* ^4 [2 C
    ; M" S' U+ _# A: ^: |9 U那是一帮时频的工程师。不对,他们那时还没有职称呢,都叫“技术员”,每月37元的工资,因为加夜班食堂会补一份肥肉很多的夜宵炸酱面而令他们欢欣鼓舞。但是我知道至少曾经有一个这样的美食之夜里,有三个蹲实验室的“技术员”并不开心,因为仪器故障他们当中必须有一个人去找无线电的小余来帮忙,而小余的娇妻是三线蹲放射性的,两三个月才回家度一下蜜月。谁大半夜的去敲人家小夫妻的门,那年月,挨大嘴巴。。。结果是小烨去的,也没挨大嘴巴。小余不到一个小时就修好了机器,完事也没客气,把大半罐子的肉炸酱都拿走了,因为他第二天倒休陪老婆,不打算出门。
    5 S2 P% I: s" A/ K7 R! y9 [; R1 |  K" \, i  a, x8 T2 ^% P+ C
    时频,无线电,放射性,说的都啥?“时间”的原理或许你懂,可要把它固定在机器里,再以难以置信的精确度同时拿出来,是奇迹。+ j4 l, `  S- ^: v
    ' t1 x0 f8 a7 z+ P$ R% ]
    1981年,时频的技术员们第一次“真正”做到了,精度达到十的负十三次方,追上了世界水平。“时间”从此攥在了我们手里,而且我们再也没撒过手。" p" i, c; C% b/ [8 g( U+ X

    5 C: Z5 O/ ]& B, t1986年,十的负十四次方。
    2 z7 L/ E& H8 a# Y3 h9 r% v
    ( `& y" T8 d7 v' d9 K4 n$ t2003年,十的负十五次方。
    7 ^# J; Z5 h6 \' O  R- h# t% s( t7 z' s+ R9 R
    2017年,十的负十六次方。! S/ d) b6 h0 R: [  |

    # t; N# z8 s# u3 {这些还都是我们100%可以做到的“标准”水平,敞开了让你看,你花钱就给你做机器,绝不藏着掖着。
    9 T  w9 p0 e+ e. @6 y! w7 x4 ]* g) a$ l2 r( g1 F+ T
    。。。$ ^" ?: v: v8 c7 h3 _, k

    6 _( r7 Y0 L7 f$ s6 K$ Z& Y7 W. g" E4 }0 ^( I
    今天,再去问时频“小烨”,他可能只记得当年价值九十元的真空管爆炸时的撕心裂肺;而放射性的罗阿姨,总会抱怨几句山洞里的实验室,害她犯关节炎;无线电的小余呢,对食堂何师傅的肉渣酱一直念念不忘。6 r6 D2 x$ A+ B& b# E- ~5 k
    5 M& L5 h$ q+ H  A$ N2 d' F
    ( T3 S' \; W8 Z# L8 i
    8 z7 _$ G0 ~- _  B6 N/ R

    评分

    参与人数 34爱元 +220 收起 理由
    云淡风轻 + 8 谢谢!有你,爱坛更精彩
    大哈瑞 + 4 苦哈哈地熬过来。成仙了。
    馒头笼子 + 4
    天狼星 + 2 谢谢!有你,爱坛更精彩
    drknight + 4

    查看全部评分

  • TA的每日心情
    开心
    19 小时前
  • 签到天数: 3213 天

    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2020-7-22 21:54:56 | 只看该作者
    国内第一台铯钟在1965年就完成了,领头人是王义遒 十年后铷钟也成功了。/ \5 s/ Y8 `5 v) ]4 v( @" ^( M8 i0 L+ U
    真正的难点在于原子钟的小型化,这个是真的努力了好多年了。早七八年前2G往3G转的时候很多老旧基站都要拆除,所以市面上流了很多基站上带下来的铯钟,曾经有发烧友用这玩意代替高端恒温晶振来做采样与解码标准时钟。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-27 02:47

    评分

    参与人数 4爱元 +26 收起 理由
    云淡风轻 + 8 伙呆了
    tanis + 4
    常挨揍 + 10
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    无聊
    昨天 08:28
  • 签到天数: 3123 天

    [LV.Master]无

    板凳
    发表于 2020-7-22 21:55:25 | 只看该作者
    北斗系统据说让科学院上海小卫星当了一把鲶鱼,分了部分星座给科学院,导致五院大为紧张,双方竞争加剧而促进北斗代际加快。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    油墨: 5.0 油菜: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:40
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-24 00:11
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-23 14:27
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-23 08:39

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-4-29 10:01
  • 签到天数: 334 天

    [LV.8]合体

    地板
    发表于 2020-7-23 07:53:34 | 只看该作者
    电视台的3.58MHz色度副载波和授时台同步,可以代替铯钟。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2025-3-13 15:17
  • 签到天数: 591 天

    [LV.9]渡劫

    5#
    发表于 2020-7-23 08:17:06 | 只看该作者
    看了这么一点不过瘾,有没有这方面的科普书可以推荐一下,谢谢
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2025-11-25 10:37
  • 签到天数: 631 天

    [LV.9]渡劫

    6#
    发表于 2020-7-23 08:47:43 | 只看该作者
    本帖最后由 忧郁金桥 于 2020-7-23 08:49 编辑 0 q& K6 m" }" l7 `! y9 T/ {

    . f! t+ s. K+ u# H群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    - \2 Y; t/ M% M" J看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    - i5 D' o: e( X* @" C谢谢,“车旅系列”还能有第2季吗?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    慵懒
    19 小时前
  • 签到天数: 3671 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2020-7-23 10:41:50 | 只看该作者
    每月37元的工资 ------ 中专起步工资
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    8#
    发表于 2020-7-23 18:45:06 | 只看该作者
    安捷伦的铯钟,现在还是只能让人望尘莫及的水平,据说现在都禁运了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    19 小时前
  • 签到天数: 3213 天

    [LV.Master]无

    9#
    发表于 2020-7-23 22:56:13 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-23 18:45
      }# E* X5 `# u, h' M安捷伦的铯钟,现在还是只能让人望尘莫及的水平,据说现在都禁运了
    - N3 ~" P7 P- B0 }6 i0 M9 `; s
    原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。
    6 n) t: O2 d9 D, K, W8 ?他家的铯钟在基站上很常见。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    油菜: 5.0
    油菜: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:41
    给力: 5
      发表于 2020-7-24 22:33
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-24 07:14

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    10#
    发表于 2020-7-25 13:35:00 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:563 D( ^* u) N% a5 Q* B5 g8 m4 U
    原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。6 X3 p3 n6 @0 }
    他 ...
      a/ m: l) o  c( x3 Z* n* [7 ]
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好) x% x7 I  W+ q' ]' _0 g. @. p7 p& b
    5071A好像这两年不好买了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    19 小时前
  • 签到天数: 3213 天

    [LV.Master]无

    11#
    发表于 2020-7-25 22:56:14 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-25 13:35
    6 u1 [1 M; G. v8 s短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好- [$ z$ r% @6 s: @9 t2 ~
    5071A好像这两年不好买了

    8 p- L' T2 d6 o: ^" X! a6 V这个短稳长稳有出处嘛?
    . _/ d3 e5 \* h% y) x铯铷两种原子钟国内目前的厂家是天奥。恰恰就是这个国产鲶鱼让进口货的价格腰斩一半~~5 Y1 m# K5 X: N6 }4 s6 _6 A* j
    所以 安捷伦到底是美国禁运呢还是自个玩不下去了还得俩说

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-26 06:29
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    12#
    发表于 2020-7-26 12:48:09 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-25 22:56
    4 J7 J6 y$ J2 K2 j: k( J5 \+ K' l! N这个短稳长稳有出处嘛?
    : s( h: p, x8 y- G铯铷两种原子钟国内目前的厂家是天奥。恰恰就是这个国产鲶鱼让进口货的价格腰斩 ...
    3 s* I: b2 Q4 J$ h6 V" v- l# {  k

    7 c# O+ i$ p: I+ |" {' K; f) @3 \: Z: u
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    1 f1 O+ M3 S9 S3 b. J这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的稳定性好,随着时间拉长,氢钟的稳定性(阿伦方差)就开始往上翘了,而高性能铯钟的阿伦方差则保持减小的趋势。

    点评

    油菜: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5.0 油墨: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:41
    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2020-7-27 04:48
    给力: 5
      发表于 2020-7-27 03:03
    油菜: 5 涨姿势: 5
    学渣表示看不懂,但不妨碍表示佩服 :)  发表于 2020-7-26 21:12

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4 伙呆了

    查看全部评分

    回复 支持 1 反对 0

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    慵懒
    19 小时前
  • 签到天数: 3637 天

    [LV.Master]无

    13#
    发表于 2020-7-27 03:01:53 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:56
    " J* o0 w. m1 l6 Y7 Z原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。
    ! ]; q% ^2 h$ L他 ...

    4 P8 }, n- V8 a3 H' l  \8 T安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    点评

    涨姿势: 5.0
    涨姿势: 5
      发表于 2020-7-30 11:41
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    19 小时前
  • 签到天数: 3213 天

    [LV.Master]无

    14#
    发表于 2020-7-27 03:35:13 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-26 12:48
    % S% [4 V2 u2 P  `+ O, X# t没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图& u8 r7 O6 M* w/ q* @& H5 M
    这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    # ~2 o" g8 C( q+ p; k+ ~( L你说的这个是冷原子喷泉钟吧?传统的铯基原子钟稳定性是不如铷和氢的。7 `0 u  L: U% P2 _5 f) m
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大了,只能空间站或者大型卫星上使用。) L8 j; p- o) M; n; D# s* S8 X

    点评

    涨姿势: 5.0
    涨姿势: 5
      发表于 2020-7-27 04:47
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    15#
    发表于 2020-7-27 11:33:16 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-27 03:35
    . w! n6 L; U. G; @你说的这个是冷原子喷泉钟吧?传统的铯基原子钟稳定性是不如铷和氢的。. n( T7 k( b+ Y" c9 Q3 Z( }$ [
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    + Z* C& w, ^- h可能高端的铯钟做的更好一些吧
    / N9 a9 c+ j$ X; |# f' x) o从射电天文学的反馈来看,观测的时候都是用氢钟,利用其短稳
    ! J( N1 |$ s8 {2 i2 ~7 Y时间基准据说用的是铯钟,利用其长稳
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    16#
    发表于 2020-7-27 11:34:00 | 只看该作者
    北京阿新 发表于 2020-7-27 03:01) E7 O7 u6 _* K5 H" v
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    . P4 n* F  m/ x( b- ^: n嗯,惠普 - 安捷伦 - 是德,不知道后面怎么变
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33
  • 签到天数: 17 天

    [LV.4]金丹

    17#
    发表于 2020-7-28 00:56:08 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-27 11:33
    ; @$ C, _7 h1 \8 X可能高端的铯钟做的更好一些吧: n+ [% H' |% c! x5 r+ F
    从射电天文学的反馈来看,观测的时候都是用氢钟,利用其短稳
    1 u7 A; G) T- o" {; @# ^3 k& M9 X5 O时间基准据说 ...

    ( _8 X. E) s; z( z7 Q请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-4-29 10:01
  • 签到天数: 334 天

    [LV.8]合体

    18#
    发表于 2020-7-28 09:50:08 | 只看该作者
    时间基准就是用铯的9193兆谱线对的。铷是6834兆。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    19#
    发表于 2020-7-28 10:29:35 | 只看该作者
    陈王奋起挥黄钺 发表于 2020-7-28 00:56
    5 d+ A9 O- f" k9 ~8 c请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    3 K0 g* @4 Z- Z8 g+ k6 J
    如果原子钟是放在一起的,可以本地直接比对,找出相互之间的差值,根据长期的数据,可以评估出各个单台原子钟的稳定性,用算法算出一个综合的时间,大家向这个综合的时间看齐调整
    - Q! `% O" r- U# T; {# l+ k3 p
    + q# A! j/ {+ k* s9 s* u5 }* z不在一起的原子钟,有基于卫星的、光纤的,等等方法进行比对
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33
  • 签到天数: 17 天

    [LV.4]金丹

    20#
    发表于 2020-7-28 11:41:34 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-28 10:29% Z, W( {' e0 W, q; l
    如果原子钟是放在一起的,可以本地直接比对,找出相互之间的差值,根据长期的数据,可以评估出各个单台原 ...
    9 ?  ~- D' ~, S# s7 `
    像卫星上的原子钟,隔了几万公里,距离也不确定,真的好奇如何进行时间同步。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2025-12-21 19:48 , Processed in 0.047781 second(s), 18 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表