设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 7853|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 : h. U( k; @  o2 E( T; L) c
    6 N; w$ U* M* Y  t6 g0 [
    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。
    , s; S1 X. M+ m4 M0 |
    ; _# W9 @, W# I& }+ W2 S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。- Q- h- D0 _$ e

    3 O; }! `# f  S' }个头、模样大致如此,二十六公斤。: N* q/ M. a! P0 ~

    " ~0 m9 ^9 x! \' W# e3 \1 k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。
    : j" B2 g- o7 O2 d6 k2 S; y% v$ |/ _9 ^( t9 S$ l6 y" m2 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。
    $ C( f% G1 v9 y2 ]+ s+ u# [8 f" z9 r! [9 N
    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?
    1 Y5 d6 n  l! U) I( B9 J( C
    + J; b6 Z' g) F: E: y  o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。
    6 U7 i/ `) |  N$ X+ T) L- g9 ]! F
    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!
    . C( F- d% u& \% l$ O6 D  e) l1 c8 @% I) J) H; j: z
    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。  A3 A6 V% z$ i9 [- |+ x0 Z; J
    ! H. S1 ?; Z6 M5 u# Z+ z
    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。
    0 p' o0 R7 z( v3 n& |  g5 w7 Y6 n9 L
    ! f  f$ q$ r6 ]  |说些个大家可能百度不到的。
    / p* U! Q2 i; v7 f/ H1 T
    4 b. e4 S2 ?' c3 Y===前方高能===
    2 q) d4 s; J( n! [5 R' O9 n* ]  X! ?6 F* u0 ]. Y
    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。
    : m" R$ g* x" A* d7 U6 N) W5 ~9 i9 A- a+ s, i
    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 e- J* U& V- Z4 I+ T
    + R* C+ _1 x$ P, E8 d, j# z
    1 {4 g: f: v5 y& b# y+ P- d2 F9 x惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    ; B% T$ A1 @, e/ n) g; n7 e" `' l( t2 v% P
    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!' [( [5 y) J; n6 S* x( u
    ( s/ O9 m/ k* ~3 y+ i( a1 `
    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。
    ( W/ e+ b" H% c
    + ?; _% Q% C; L, \% t2 {& k/ e# R& ^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。
    3 T( j8 L. r5 m$ R& ]- f6 p5 x% \4 }
    7 O$ ]  i, n# F' O4 z* D1981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$ F; K& v" [* v( J

    7 R9 D& ?' b5 M' e3 F: h- T  n: k1986年,十的负十四次方。( }- W$ `) K/ B. q  j
    , v/ f( l+ }5 i5 c. u0 J0 S8 f2 K
    2003年,十的负十五次方。! v) k5 ~. u: ^! h) i% E; h$ K+ L

    8 k1 e9 ^% y- D. X! }! E2017年,十的负十六次方。- n4 ^9 a0 M0 f5 O" J

    " F- E% ?+ c5 |7 n8 \9 D* z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。1 A- O. L$ Y3 @4 F- i5 u0 i/ ~

      v, z! i9 O7 D$ m2 J。。。
    ! T4 D4 |; P& G7 k+ |
    4 M2 Z4 ]  Y& I
    4 y$ B- s  ?& h+ y$ J' C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。$ [8 h: ~4 y# p9 e' o5 s/ u* l

    1 |$ q: P2 Q- |
    9 G7 R. W6 O' r5 g9 g. U
    / |; @( e! ~  Z  y% p- i( s7 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
    5 小时前
  • 签到天数: 3168 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。
    7 M5 ?0 d  T' J6 j1 f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 07:43
  • 签到天数: 3084 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
    2025-9-27 11:31
  • 签到天数: 630 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
    ! k& p' _4 H6 W( c  @0 Z- Q- D* B! w  m9 m9 F
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);$ A, [5 C6 w8 r6 ^# {
    看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。" q9 @  X9 f, R0 C4 K
    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
    4 小时前
  • 签到天数: 3625 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
    5 小时前
  • 签到天数: 3168 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 18:450 n8 l8 ~5 `; d# d+ G2 {% p
    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
    3 w5 p) J$ I1 B6 V* A
    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。
    " I4 a9 W- W) ]8 d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
    . V/ ~. n& ?  }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。
    # I1 w7 z, N4 o# M7 M; A他 ...

    * |0 p( y! P- T9 P; s0 g/ D短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    ! X! h% I4 G0 c5071A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
    5 小时前
  • 签到天数: 3168 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+ O- t/ ?" v" Z! ?$ a( s# J
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    ' T' [7 Z: u0 q: t! M. i: v5071A好像这两年不好买了
    4 B0 [7 u6 w. q' C; \
    这个短稳长稳有出处嘛?% _) y3 F' V7 _, J4 E5 b
    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 a: H7 B9 h- G' l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 22:566 p6 O2 ^) Q6 I$ f  x- u
    这个短稳长稳有出处嘛?
    # k' Y% i& K# X9 l9 S/ C* e9 {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 ...
    " {) Y0 z- O' G2 o  F( _4 m

    " f# i) p1 f& z0 d; Y* H( l% H2 K* O8 V. ]1 V5 E! }, R& ]
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    ' r. {! @% {; X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
    5 小时前
  • 签到天数: 3591 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
    ' }& @1 D  ^2 {0 x" L7 ]& 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。
    5 u, `' k6 v; S* ?& [他 ...

    3 V3 I' N. F: Q: P2 n- H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
    5 小时前
  • 签到天数: 3168 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+ Y, A! K! Y! q2 Z4 ^5 `+ H
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    . {: Y: Z/ g* u  Q) G% {这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    ' W: `( v; F0 m+ x) d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 r' K- q1 n: y& B# C6 `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。
    ; x1 `5 v+ u" ]6 n/ _- J$ B0 Z4 V

    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
    % s" S$ I. Y+ G  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。
    + M3 ]4 x# O8 v冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    / X( b) a0 z% k可能高端的铯钟做的更好一些吧
      p" D( T5 |5 V6 y8 `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. Z( `( Z) v* c& _' v) _( h
    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 03:019 l+ ?: |/ u; @0 \% c) C: c+ T
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    " {# t8 S- j. ]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  Q; m/ o0 O. |/ t& }
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    8 V* P1 G; Y* f* 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
    ! j9 ]- Z5 r& e! p( Y' i% Z6 J) u$ @时间基准据说 ...

    : Y8 Y) m  J$ W  c# \5 @2 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 00:560 }/ u% A6 \$ B3 b. A! ^" F* w
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    " Z# f  D  z8 u* i/ g8 C$ w1 ~" C0 ~
    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, t* \% m& A! [9 ]* s- `- P& _
    & X% P7 A2 ?" a+ T. g
    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
    * s$ F3 \9 v& x$ ]2 @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 ...

    $ j5 M$ ?- O/ E7 L1 U- W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, 2025-11-5 05:25 , Processed in 0.060175 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