设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 5811|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
    ! P# u9 r% h/ J" ^% @
    % P& B! D: C: H! r$ J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。
    + v& A4 `( b+ C' c, Z9 @" C$ c
    / a8 [! }, E6 d( 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 b" S  X" T5 d% a( e2 z: {  _6 A
    个头、模样大致如此,二十六公斤。
    ' u/ o% [$ M# i
    1 t# a% b; _+ z& 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。: C! ?  Q8 q! U: `8 z
    2 b! U+ }7 l1 y
    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 @; k: \% O( J& P
    8 ^6 l, _6 ~2 b+ p' w
    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?+ [' s* C' k; }) j+ U  X

    ! y' j) ^* |, ?( ?% I4 c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。& G/ l( f8 j! ~' q- F

    " w2 z" S. y6 y. N$ i/ L; d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!. u' t! J0 F2 h% }& N8 p( V

    / @* Q9 H1 K: i; }* A  q$ E3 `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。
    9 e6 O8 I; J# X3 V+ }- C1 B+ G  t  Q5 e; v
    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。8 C  A0 n7 D, X( |6 S

    0 X, I+ {8 L5 K# O, T! I说些个大家可能百度不到的。4 E  [# U% U2 R) P( ~( {' ?2 i
    # C0 T' q& p7 j
    ===前方高能===' Y  n( Z! T4 @& Z. y0 j" m

    * ?1 q4 g  g/ ?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。  H) m4 c6 H9 W- R- t# t7 U/ P$ D

    4 e5 @+ t! e; \# F4 h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。/ f+ t" X) w2 V; l
    & q. d% b0 f0 U) J! V
    * p9 m; G3 z+ Q% |' q, Z: d
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    / x3 K$ s: i1 m. i
    9 H* L; H7 x8 s: ^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!- T5 Y1 B# i4 j3 @7 R# U4 W

    2 s; n' R6 Z# h9 g% h3 S4 R4 r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。
    ; [- V& c/ H* u$ D! }& @/ i5 R
    ' w& ?; K4 f( U6 o5 ^: o; b# a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。, d- w$ r( m3 |: w& K( P& R5 Z

    & V  T: Z8 G- V1981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。$ T) E) F) b+ F& _8 b1 ^

    " S) Z  w* i" d+ \" [1986年,十的负十四次方。
    " k% B* O+ {9 h; D, @5 l; s
    + q  s3 h  c" p9 @  E2003年,十的负十五次方。
    4 _# y9 f' G- x* |& L& }1 W* \& W) E/ N7 g" y7 S
    2017年,十的负十六次方。% X. f. ~+ I( t8 J3 Y

    - f6 I/ |8 s, m; O  Q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。( u* U2 d; f3 P* I. m! u+ u

    ; R/ f$ r0 H7 i" ?3 B5 G。。。+ I- V/ X: R! e, ~+ W& x# R! \
    ! X" D2 P1 m/ u# w  W" z- s% G

    & w! [$ L* G  C3 z5 Y* |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 y8 T/ Q7 w4 y. J
    . c/ c" A# u+ I

    * w. L4 }5 @  n
    5 B4 t0 p3 E2 R; |2 a8 s" @0 S/ 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
    17 小时前
  • 签到天数: 2659 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。
    , l& K5 ^8 L* c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
    郁闷
    18 小时前
  • 签到天数: 2589 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

    2021-2-24 23:26
  • 签到天数: 590 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
    4 天前
  • 签到天数: 567 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 b% I2 N) C1 c+ s' h

    # W5 z% b0 ~4 j群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);7 d5 _8 x! v* Z( c& X; D5 @& C: P
    看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。; d$ |$ h$ C  G/ ^
    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
    23 小时前
  • 签到天数: 3095 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
    17 小时前
  • 签到天数: 2659 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! H- N- r$ j% w8 q2 E- f( 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
    " H: S4 T% f6 b# w& d, 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。
    4 M( p8 y/ v2 {3 L; s) y( O4 t3 K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
    ( x( d, j% K: Y6 i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。7 G0 d% l& E* j; t: _, M+ U
    他 ...
    ; ?4 I$ |5 e1 Q, J, a* `% L& d* x
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    ! `2 ?0 g" T1 U% ^1 H5071A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
    17 小时前
  • 签到天数: 2659 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
    . M( _7 V6 L/ f# I, `3 @短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    ; Q) z1 v6 v8 i5 T; Z( @9 `5071A好像这两年不好买了

    : h1 _( X. f. x) X8 `4 v+ ^这个短稳长稳有出处嘛?
    ! I0 c3 ^8 N5 D% x7 i' S/ H1 G1 W3 |$ c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 q# {& c2 g% ^! ~; {  _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+ S1 n+ z! O9 ~/ T4 l/ X" z9 ?
    这个短稳长稳有出处嘛?& _# B1 I. f+ p' |1 _
    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 ...

    ' K+ t6 V" r/ y2 S- A" u1 v# f/ v: t% b! \0 B4 L% `5 W0 r' G

    : ?. ]5 S3 h7 Q" @6 ~5 ]2 A没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图0 ?, {# \* J" o* [+ _) Z7 ?
    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
    23 小时前
  • 签到天数: 3061 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; @  E0 o& j9 Z& \4 Q
    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。
    8 P8 l1 |, @6 Y: \他 ...

    5 i1 Z& C# i1 A5 }/ }3 w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
    17 小时前
  • 签到天数: 2659 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( c, x: }( Y& U6 w  J$ ~* F
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图9 J0 e2 M5 C8 e
    这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    + p* [# S  o5 H3 [' \5 e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。# W$ W# q, Z3 C, r
    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。$ y. U$ r7 y, c4 H6 W5 ^8 q

    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
    % o5 Q3 Q9 i+ r0 K8 ]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。% I8 N( j# q- g/ j4 e# W6 o
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    ( y; a0 D; s3 |8 _  E% ]
    可能高端的铯钟做的更好一些吧% n) Z1 B5 M2 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& J, z4 E7 g$ ^) j6 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; X8 k9 D0 k7 x( a  p
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    # q& }" ?1 `# i0 T9 W2 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  v* b* u+ N/ w" ?+ Y
    可能高端的铯钟做的更好一些吧  f& B$ V1 d) W# T$ r- h
    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6 y! X- K. Q8 t- i
    时间基准据说 ...

    : U& G$ S+ G' E9 `  u- Y' 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
    ) n$ ]- D/ d4 C: h请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    * d8 e; P6 |( E2 `( K2 k: T
    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
    & Y7 S. r8 {  ?, ]3 d' I5 p! @1 G. `5 v% E' c3 P( F
    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( `4 s- e% t$ Q% J8 I
    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 ...
    " D% ^. T* d. @+ J
    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, 2024-5-23 23:54 , Processed in 0.046078 second(s), 19 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表