设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 8462|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
    + B) m. n9 w2 j* E% G4 U- v/ G5 c- \9 k4 K
    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。* A7 R" V! V) P

    ) c1 _( ^$ @) z9 B, E# W6 y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。* D1 Z# n8 S0 t% `9 _* p( g( X! z% X
    , z, U2 h5 e" c$ e$ O
    个头、模样大致如此,二十六公斤。9 s% Y4 t' X1 T: d. Z* {* d  _

    " R4 l6 T8 k( z/ b+ _* e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。
    + r3 q' b$ J, N# g) n8 ^- r+ M7 _4 w% d% j0 M
    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& J; v0 F8 G! q
    + \7 V+ o  e4 L
    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?; O1 K! o* L1 A- E+ r1 R
    2 Z1 z- _; {+ x
    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。
    # Y- K- P6 c) _) Z& l# R; L0 X0 ]4 j9 B; O/ G" m& d& Z
    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!
    ) M9 i. f& u0 [8 F7 Z& P+ u
    / X$ ~/ Y" V7 r6 O5 K5 P1 x. v' u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。! {: B: A: z9 U& n

    - ^: y2 t) j6 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。6 D3 V" n* l# l7 w4 \" Q
    ( h3 W" }$ `& ~/ r# B5 q
    说些个大家可能百度不到的。: k7 G  W2 u) p8 {: L  J
    ' Z$ E; H; c) K
    ===前方高能===5 b" C6 t3 E9 L2 f6 q
    ( `% {( H3 i& C! W8 q! Y% K# j
    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。+ P) u4 C5 ?$ r) g
    ) R7 k6 }0 R8 Q* _  r
    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。) T+ A* N" d' |, A6 p

    : n' L5 @3 e# `% ]0 w. g  D# l1 J* t1 D
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    5 j! d% ]" o" S7 L. u2 J
    4 U7 T  G7 n: b0 P7 ~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!
    ; B  v) _2 `' `0 w* X' V4 f7 |
    ( l6 w0 g0 q: h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。
    : ]1 M* X5 C* H2 G9 ?' o/ D, F' q2 G, S* g7 Q+ C9 I5 O
    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。
    4 ?  i: B* h' G0 B8 ?$ X) R
    ' B8 r' }# ]+ p! _0 Q9 s1981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。
    . g/ v* }+ f; R+ ^0 d" u+ o; a: P
    1 |7 C# Q/ N5 e: M; \1986年,十的负十四次方。8 w( [& b2 j5 M. Y# d6 y' T

    ( @8 S6 _6 ^  A1 A- ~2 m2003年,十的负十五次方。0 J' }7 C: S! `5 K4 F
    0 S% t# @% h  A
    2017年,十的负十六次方。2 A9 L" q9 F; a" l, H

    7 B: U9 s( J$ X  n: 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。2 V4 s% j' D* w8 g
    4 ]) R6 p( K" g) d
    。。。
      h9 A" Q9 p  _) V0 {& Z
    1 k( c9 o6 @) Y4 I" ^$ l8 P4 L5 N' G" M7 r4 p- a7 C4 w: L
    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。. m8 e: ?7 T6 n

    0 V7 D+ _% j- ]% P: c) y& b, J# J/ P  _
    4 U- w, O$ ?) T4 Z; S6 Y; x. V# a* A7 H0 n

    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
    3 小时前
  • 签到天数: 3256 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。& r! h+ B  N  [
    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
    3 小时前
  • 签到天数: 3165 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
    4 天前
  • 签到天数: 639 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 , G3 B3 e7 j' ^; ]+ V
    $ N. l# c/ C1 ?$ b, E) W. R
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);4 ^, |" V5 L* l/ o* K1 }
    看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    * H& P( H' }. k: I( _6 D0 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
    8 小时前
  • 签到天数: 3718 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
    3 小时前
  • 签到天数: 3256 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
    ' c6 b) X4 ?$ d1 s4 l7 e% x% {$ }8 d+ a/ ^# r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

    : [! B: W% X0 V. H/ F) M; g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。
    * o/ u- ]& p4 `! V: i  h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; a. E( z: Q- G( W3 D) [! ~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 v* r' {- [2 N- t/ ]
    他 ...
    4 i; C, S- j+ @0 E% N6 O4 X( T
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    4 T7 P9 D& ]6 U& R5071A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
    3 小时前
  • 签到天数: 3256 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
    4 M, B% D( [) J5 r8 f短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好3 E- C2 _% v1 V* q( k
    5071A好像这两年不好买了

    ' P& h9 @% H0 d" A, N& O这个短稳长稳有出处嘛?; G" k8 }: p6 c  h8 d, v7 Q9 J
    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~~: E5 d$ S9 V' i* @$ a; z. B1 w
    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
      H, \2 E: ^- U7 g  Z2 |/ b6 @3 U: F这个短稳长稳有出处嘛?
    , O' S& l7 x8 z) u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 ...
    ; g; C$ m# Z( t5 T

    " Z7 X. X: ?, s; m4 s
    3 ^, y2 k" m1 j+ D# M5 I没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图5 x5 p* L+ C; G. G
    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
    8 小时前
  • 签到天数: 3683 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& Y  @6 ~# ]* g
    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。
    ( _" b3 G) k+ @0 D他 ...
    . M' S% w% ?" s! J9 Z5 I
    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
    3 小时前
  • 签到天数: 3256 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 12:480 @; X8 h; ]9 Y( m) y
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    8 ?4 [% @; R/ _; q" u这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    5 P+ W0 ?: K' s% z5 R, k) u
    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。  Z2 m: P" w. O1 N" l0 F
    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。1 |; g- Q9 X5 x. _# g

    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, O* g5 ?, k& h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。% \( M0 ]+ f  v0 G- T3 F& v5 r9 h
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    % ?1 h; j5 k! Q  ?7 n( Q可能高端的铯钟做的更好一些吧
    1 G8 N, E9 L2 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 v" S8 U2 D" j4 p$ k3 ^$ O* q# b
    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
    1 K0 Y) g- w* ~, d2 P% a/ u, G0 k安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    ) Z" u! s+ q, p. F5 V( ?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 11:332 R+ y( s- {0 h6 T' j  X* t3 B
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    + x; M4 j+ [( e+ b. u8 F3 M0 u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
    " `  g1 v; ^; o6 b1 c' }0 j0 ^时间基准据说 ...

    " R5 A: H& F- }7 z9 @5 k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
    7 k% s0 T% B; A' `+ n- N请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?

    + i/ ]# ^% X9 x( R3 o# y5 y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- O% u3 I4 Q9 N# d. ~2 b
    4 I' S- f9 }" w( C
    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  {/ c) q$ W: N6 E* 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 ...
      U( B3 v0 H$ 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, 2026-2-6 08:38 , Processed in 0.086412 second(s), 27 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表