设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 9593|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 5 z  ]# u% c# M7 P9 @: b2 _% J

    + C/ t9 U( p9 n# i# N: s9 B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。& B0 ]9 h9 n3 u* V- E0 B' ?; V

    ) ^) E: ?. n5 o, K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。
    2 ^  L) u, y+ D: X3 D
    + }  M; E5 A* K0 A- j* }6 g! K个头、模样大致如此,二十六公斤。
    ) d! S7 i+ ~( e/ }/ Y+ G  U4 ?( I: V( x- x+ |4 M* L
    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。/ W# n6 X( E, G8 P1 v7 c* ~% w
    ) o: Z" k4 d# N) V  S
    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。
    ) A, f! |6 Z/ ^+ {# J: v0 |) Z2 _2 b+ u- @) g2 A& P( T( I- e
    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?. o. ^' m3 p; J  V: z
    6 e$ ]3 w1 H9 W- o& B2 z
    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。
    1 D: X# r1 S; a! G
    ! w: m/ d4 [" r( t7 F: s' O6 A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!3 Y8 C; U: y* [0 M& J7 `
    ! X0 m1 H" v/ v" x/ `
    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。+ X4 k( b4 T* w) p

    ( Z' U2 J! _( w# k8 {" {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。2 Q0 x9 t( r) }$ [; ?
    . ?# T) @# f: j! ]! G1 H
    说些个大家可能百度不到的。4 R' r% ^$ J" V0 S7 V

    / ?: S% }$ F, J4 d/ G4 n& J===前方高能===  X& s5 l( k# s
    , U6 }9 d; l0 ^3 y. t5 t
    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。8 U: _, m' c! N& f3 x
    , D0 h7 p) @/ p
    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 v* v4 R: ^6 K  B4 c
    ( S: Z3 Q* Z4 S2 x3 f. Y# N) C; t

    2 ?4 N: S. x3 h$ L  \惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    0 k6 h/ h/ M! N$ p  y2 D5 B3 ^& l4 z1 p! \( T3 N
    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!4 H% Y# u1 W7 ?( Z9 q
    1 G! ^' t8 _' z) S
    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。
    $ T& G! M! {0 F3 w6 V) u$ l2 M: P' X. w( V( ]; h  l2 d7 K
    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。
    9 a3 S1 o5 T' Q1 z1 K' a: o2 Q# N
    ( S* R3 D2 z( h) N) X( n% H- y: Y1981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。, R) b. J( H4 Z7 A4 E8 A; N6 E
    $ ]. q3 R! T3 @. S7 `
    1986年,十的负十四次方。
      |* E) t$ M3 o* G, E% h+ G( L: I$ u7 f8 x! z  [& o% N, l
    2003年,十的负十五次方。. Z9 `: S* A2 |6 L: P2 p& y2 A$ C

    ( Z  f. E& v0 r" [2017年,十的负十六次方。
    0 ?0 }; C" e+ \; `* _- p5 H, j: O+ b8 G: z2 p' a$ V1 N, c& S
    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。
    ' K& A& s4 D# n, J' {; R8 n5 @: `/ B# q3 m
    。。。' K% ^1 ^0 i1 H6 T+ }5 K' S

    * z% l- m5 ~& y
    $ E' t2 S! w1 E( f( }1 ]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。
    1 x. L# P+ \! t: ^7 g7 {# v1 \2 t0 m' v- O

    & V7 {. G9 G+ u' z) B0 H+ B4 j& q) u) X0 \, l' \

    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
    13 小时前
  • 签到天数: 3434 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。" T3 B: f- D4 y6 t) |: Z6 b8 V
    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
    难过
    12 小时前
  • 签到天数: 3322 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
    3 天前
  • 签到天数: 691 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
    9 ^' T5 P7 x# G, q
    0 @$ d. z# ?6 n# Z2 @群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);; g2 ?. t6 B7 p# u8 z% p/ w
    看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    & |, v# w0 F) k2 u9 [5 p7 t" ]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: 3905 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
    13 小时前
  • 签到天数: 3434 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& d) K- N& \- ~( o
    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

    ; [  }# c( D7 {) e* S0 F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。
      J7 k( L3 z9 ^8 c- F! [$ P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 22:56
    % C: g  F; D0 Z" O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。
    $ d; P" G3 N4 h& Y" S: E他 ...
    3 z  H7 w5 `6 z$ V* J
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好; `! f2 l$ B  J
    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
    13 小时前
  • 签到天数: 3434 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
    3 _$ y) ~  G" S$ |6 A8 ]短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好& M9 W4 z; Y' L2 |3 ]
    5071A好像这两年不好买了
    0 R! ^8 V6 |- z* Q
    这个短稳长稳有出处嘛?# H1 _# p$ w/ @* C4 m- L. ]
    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~~( H  c: |, ~1 C
    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
    ) F7 |# ~  u9 C0 P这个短稳长稳有出处嘛?
    ! t+ v0 F4 l  j% k. 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 ...
    0 ~; l3 y( b; m( @

      D1 f( G; V0 `8 _. u! I0 |  A0 b
    ) R3 U, `" g# |' P4 h- }* w" f, P9 Q没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图! {. q  P& C/ M5 M+ H# d
    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: 3869 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/ I# m! K1 _" I/ `3 V! L
    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。( S* r7 n7 k# O* K$ {  C% w. C
    他 ...
    7 u  Y! P. N. G( V* u7 X$ f
    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
    13 小时前
  • 签到天数: 3434 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
    2 x: u8 G; R4 C: C$ \/ D; t" q没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图1 h  l8 x. w1 H, o* H0 d" g
    这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    0 C- l( w5 s8 L- C! X
    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。8 U/ {/ c5 W* U4 E% D4 `% 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。
    , C# M9 _) _  q; R: s

    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
    ; [8 V* d- L. d3 r- @; S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。: d1 t' w& e- b; Y5 J0 S
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    ! T3 j2 }) g' u; P; F4 p. j
    可能高端的铯钟做的更好一些吧" k1 t# e) r2 n
    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 ^8 K- y3 \# e7 m% I$ r7 ^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& c( a/ _* W# r; _4 z* }. d- R# k
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    3 M1 s7 ?# F0 ?0 r; O. j' ?2 l  `" N4 D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
    3 天前
  • 签到天数: 23 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( u8 i5 U; M7 a. U3 `& O( p( X
    可能高端的铯钟做的更好一些吧% n' E$ m  l+ u$ E( S
    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
    ; F6 ]/ L0 C; c. z5 V' a时间基准据说 ...

    9 W3 i! S" j( e# d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, @) u4 i2 U  T% v3 i
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    3 `. q: k( E. b% D7 b2 p
    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0 Z, a; Y4 ?' n2 ?2 i
    # k* L& d0 D. r% x" k  V
    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
    3 天前
  • 签到天数: 23 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
    $ H: v+ r' T& R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 ...
    + t1 d- N5 J4 F
    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, 2026-8-12 19:43 , Processed in 0.075594 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