设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 7648|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
    9 e) j8 U7 f$ `3 j) m  A: R
    . ^/ a2 {% h# _: d: 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。
    ( u' c5 W# d" A  K2 ^% Z5 y; X) V# U/ ]
    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。# d/ k8 o; N$ {. q  y" _$ t
    8 ?: K  p9 e, c$ E
    个头、模样大致如此,二十六公斤。
    " |$ R. b5 E* I, G6 R7 h7 t+ P
    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。1 |# `* w6 N: L) z* a5 N

    ' w- p6 @8 A  q: g! {7 D6 ]+ @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。) P3 n0 E- S+ K+ i! E, e) H! Q% X4 U
    ; z$ G( @. p  u* P3 }& 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?: x& |( [; [. x; d; K

    0 u. c$ i0 a7 v1 G: y6 t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。' i* s  M" M3 m; B) _0 K3 x
    3 C7 [- R9 q2 R$ U7 R9 G$ `, [
    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!$ Y( @' v% p' }4 L  I1 Q

      S! S+ H0 Z" k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。
    6 ~: h. B4 ?& X1 u: w
    * c# ?5 |7 A. }. O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。
    1 a& o, B4 {. [2 \1 m+ [0 t9 v, M" e
    说些个大家可能百度不到的。
    1 W. I- i7 I2 _9 |# n  {% S- `( q; D, d, T/ u  `
    ===前方高能===
    ' q- m& H6 w/ Z2 d0 m" |  L
    ' _+ j, r( k- E; {) O; ?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。7 h7 d. k) E) Q. K+ V

    0 T9 K1 r% E( `  l# {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。
    " j. q; _" m# Y$ Q! }$ J) o0 T* W- e' g' b2 n

    . ?' S4 T  S+ k' M惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    3 t# g( y  e% F4 `4 C8 h$ V, J0 k$ y1 V* }; _# o  Z( \
    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!
    $ g/ M% c/ R6 j  G. x1 b( }7 I) R4 t  X- o7 g9 N
    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。7 G( d$ D  [' z

    / T* ~0 m) F  A( `; m& C6 {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 [8 v  h; q" _
    ( b7 Q8 x( v" }* `& a* a* n' @' n
    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。
    : {) b  k' W9 t6 r$ B$ ?2 s
    ( M& N6 {1 @, c1986年,十的负十四次方。- r& U/ T& ~# a( J0 k

    % f0 j, s$ \# ^& Z$ L, ~9 v) W3 O2003年,十的负十五次方。) L/ [: r$ J. x

    5 N( `8 B# \0 M2017年,十的负十六次方。. ]$ a# e# P! i& [5 `

    4 {+ A+ d3 S' N' p0 g, F# q+ `! l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。. v% x! s" e1 j3 t3 A! V: O' {  ^
    / u" F- i! X3 _2 T2 ?; a
    。。。! H' N% z3 \2 C) ]

    " m0 s& o0 o8 x: \6 D; j1 g7 u% Z  \9 h
    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。; Q9 E) n( c5 n& l2 w1 m
    - W4 w# L- }  o- E% i' K
    ! u3 c. f+ k" }; F! L7 H

    5 W5 R' E7 Z+ T0 R6 w$ y" u# {

    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
    9 小时前
  • 签到天数: 3110 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。2 v+ q% T- p# z4 y2 m" 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
    奋斗
    11 分钟前
  • 签到天数: 3033 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: 626 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
    - d" ], _7 ]  A; z1 ~4 ~3 V, W! n
    ) ^/ Y7 n* z( m1 d5 o群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);. T" T- p# C  e# `& R
    看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    9 r! ^9 R1 w6 e/ c: |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
    9 小时前
  • 签到天数: 3566 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
    9 小时前
  • 签到天数: 3110 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. E6 \0 i# Q, X2 c2 G7 n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

    & Y  ~: Z9 r: o/ r5 x, p9 p5 _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。
    ' k+ f( @' W2 G9 N' w! |! ], G' ?4 |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
    5 b$ F9 u  V" l* o1 j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 l) S/ [2 `  p  D% q; b他 ...

    : E: u$ m5 v$ c$ G: _8 }9 u短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好0 L% t7 D, r: z$ V2 I- Z7 w6 e0 v
    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
    9 小时前
  • 签到天数: 3110 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" v% d/ H' ~$ \  E
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好( @% l3 `/ ]5 ~4 b: @4 E  z5 f. n
    5071A好像这两年不好买了
    4 \4 T/ }4 g: _( G" \5 ~+ p" t
    这个短稳长稳有出处嘛?- y( `! k) E0 Z. y/ }* Z
    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~~/ Y& L- `. B& D4 s  d7 a- d
    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
    ! a% A  t: N+ k这个短稳长稳有出处嘛?5 g" A) A7 b) q6 I& 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 ...

    ! y1 }$ G: w) L2 c$ [
    / Q2 ~. C" i# C$ T
    6 D: _3 K: [% I4 D: x/ B2 i没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图1 C1 ]7 g9 w6 e" @
    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
    9 小时前
  • 签到天数: 3532 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
    , t; }: t9 g6 d& 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。, Z: L7 e2 @" Z, ?- ~3 v* X! f
    他 ...

    5 M. M5 d' r8 O& 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
    9 小时前
  • 签到天数: 3110 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
    $ o' a! m, t5 v( m! k( s没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    1 ^: M# F) S0 G6 i7 u这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    6 n# F5 k" W) U" y5 k
    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。& ~, \. K# F& v; ~. d& Y7 O' N
    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。
    ( j4 _" T% e5 _

    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$ P" L# z3 C! ^1 H9 l8 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。
    , Z" `8 x; y0 \冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    $ k" `/ T1 i+ G8 L* X/ J7 r
    可能高端的铯钟做的更好一些吧& O7 g; n7 c, F. J0 N% L$ b
    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
    , d- L6 C: x$ l; J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
    # h' A5 |( l; Z( N/ F5 q安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    " G0 j  [4 o! @* u" U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. `$ D! n7 t7 {$ q
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    ' J( X8 K; b% {, \/ {$ E$ U; }/ h3 G0 T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$ R" M6 {; {$ `/ m, m' O
    时间基准据说 ...
    1 x( ]) Q' M0 ]
    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 00:567 Z, Z  A6 ?  `" R6 W" X$ ~" \
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    . ~  x$ g, q& `
    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
    7 `6 z1 z" j- ]6 X- h  q  l8 v6 `
    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' H" s  c  B6 d1 |8 Q. g% v6 B
    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 ...

    ' H, s5 C/ f; U0 w: S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, 2025-9-7 09:53 , Processed in 0.057584 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