设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 7432|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
    ! n# T* r0 u, w5 s( A3 L( R) {
      U2 `# X) a, f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 V/ \2 G, R( g* C( O( G
    2 J# m. p, R% c; b
    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。6 e! w1 x  R9 j: I! ^3 R
    " L/ o1 u: ^( H2 l$ g+ z. r- Y) n9 q
    个头、模样大致如此,二十六公斤。% b/ `( K8 y& f, L' E8 n! s$ f
    , P2 u. Y. a# p9 I( i
    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。( p" d8 h% j" L/ d$ E" N* c
    - A0 I! \; F- z; C
    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。3 N$ U& O' B: h& j, U) b, |
    " @$ Q; V6 U# M, t" o8 |
    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?
    3 b- A% a8 ^) `5 L. v& f
    1 T1 K5 t3 W; y7 Y, E3 \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。
    4 m. G! a) q; J) U( ^- C  z; g  C# Y! C" |6 B. g% E; Z7 F7 C/ h* A. t
    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!
    * s, a- k5 S+ T  L8 ]4 v2 b, c, y5 }2 d. w1 g: Q& |$ x. ^1 m: 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。' ^# a# L  J0 a. ~) G& L
    8 B4 ^( P, }5 @/ a& B* U
    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。( r; N; F6 S7 N5 }4 m% M  }

    " r) h% I2 w( C* _  b( c说些个大家可能百度不到的。
    * }. d% P1 C$ B7 |
    8 j+ n" O/ r5 q" j$ x# X===前方高能===' c. G& R6 P, }/ o, k

    " P/ V6 j3 j5 R" 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。
    1 v$ y# J/ C$ R  A2 H' Q8 s* p$ J* {; o* \6 [% ]7 n# G
    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。
    ( e8 @9 N4 G' x4 l
    ( l" s" ~6 b" P! ^  H2 z* C8 h4 y" V# i  b
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    " r  n- w9 B/ N1 u8 `# i6 T/ t1 t$ f( t+ t& _0 |; Y, n; h6 D
    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!, v! h- e4 B: }/ U* _

    * Y% n4 S0 H" P% s/ m  O' |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。
    ( S0 Y: c6 f6 {5 I/ t7 V7 T* ?( i. H( j* S) \3 J8 B  Z
    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。- K" m: o0 l/ w. E, Y% `
    ( c, @0 `: c. S1 @/ y+ I
    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。' k+ v$ O/ U0 S+ N6 \% g* v

    * R& ~" z3 X# X1986年,十的负十四次方。
    + K% U5 c5 k7 c2 a/ u) m  K7 z
    2003年,十的负十五次方。
    8 w8 R$ f; w5 u% \' ~
    1 V: D8 t% S% T( Y& Y; ~, K9 n4 s& r2017年,十的负十六次方。
    " a# X  E1 G: G* m" Z4 a
    $ T! u; _: ?! ]3 }' ?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。6 e, Q, m/ N. p2 E; M' q" A

    # [, f  h- c- ~' U。。。
    7 V0 b( w; b: W2 G4 z6 \
    0 \5 Q  ~; I4 {) O0 i$ w0 O5 ]1 p0 C7 [6 V) P9 K
    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。
    ; I  G" T( ?  I  R5 @
    4 H2 c' W4 K, f7 `" \$ B; z1 V) h; o5 @3 W8 N
    & d7 t7 ~3 s+ c* ^' _. o6 w

    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
    15 小时前
  • 签到天数: 3068 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。
    ' _! U& e) ?; p  P$ x3 `: _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
    擦汗
    7 小时前
  • 签到天数: 2990 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
    2025-7-12 09:31
  • 签到天数: 619 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
    8 y* X1 }6 @. M0 O. H+ O5 h$ P0 V, S' Y/ ]
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    7 Z  Y2 T6 c. U& o& O看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。* \0 n6 f( |" i7 p& v) h
    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
    15 小时前
  • 签到天数: 3524 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
    15 小时前
  • 签到天数: 3068 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- ?: _1 ]; R7 F1 V' k1 X4 j9 ~- v
    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
    9 P4 M- G5 n3 c3 K( M
    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。) G' b! k/ {2 ^$ l& @
    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
    6 Q4 @3 F$ T( X% F/ K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。
    5 G4 I* N0 v1 q, C  F$ N他 ...

    & {) }1 p, F3 f4 Z, X短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    7 n* J6 a8 Z' G3 i- {: ^- j5071A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
    15 小时前
  • 签到天数: 3068 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 F. h$ q$ @$ W短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好6 P1 r5 C3 X- ]- |! ~
    5071A好像这两年不好买了

    , s) S0 Q  x, ~9 J9 o- b2 l这个短稳长稳有出处嘛?
    + ^) x. i9 o. j( 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一半~~4 N7 e- a8 U* U, K' k
    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% S- _4 A* @- e( a+ o
    这个短稳长稳有出处嘛?3 A) U! \. ~; r
    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 ...
    ; w# s# d6 E7 J0 c
    0 a1 N4 h/ g; E9 ]4 z* J! A

    6 u9 c) l# t( I没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    " O4 t% o: ]! Z- e( u; \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
    15 小时前
  • 签到天数: 3489 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. ^9 }- a# Q. g% O) K
    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。
    # z, @) F- b' ?* T他 ...
    ! @7 {& A8 |$ z+ L
    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
    15 小时前
  • 签到天数: 3068 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 c2 Y3 |: L. [: r" \) c  z没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    2 ~* H" o4 Q/ O+ d! H3 L8 o' t+ P这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    7 C5 _* v! R: P  V7 w" f+ t3 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。
    8 J( D9 y- M3 I2 i% i6 ?: J3 B3 q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。/ W9 h5 E, J4 B. |% m* Q* a9 |

    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
    3 d3 H; x* E3 Z4 P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。4 ^& @& u  @0 _. R
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    * i7 `/ {8 b, s可能高端的铯钟做的更好一些吧
    $ s, b' L: N" l5 K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
    # F  J0 p8 q% j6 V( o9 }% s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
    4 \) Y! K' Y. K4 V. y安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    - c+ ^! N" S8 B! ^: ~6 Q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/ U# C( J5 V9 ?+ z7 ~6 R
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    5 g4 T! U# U* S: f+ F: o4 X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
    5 u# ~% _9 k' [9 J- W' t. b时间基准据说 ...
    5 k6 Y' ]  S& \5 g
    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
    : N4 J: ^9 P& c* {! @请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?

    4 H6 x, |7 K  {( @! o* E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/ f5 ?$ b, W8 j+ S' r+ k1 B/ I
    % f0 U9 ~9 K! f' y" b# 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
    + i0 B: h! v& s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 ...
      X; d9 e: c8 B' n; ~( [
    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, 2025-7-26 15:48 , Processed in 0.058764 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