设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 8779|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 ; ^/ r4 \* }# A3 M, b) l) X! U5 B

    0 f2 Y' M7 z5 e8 A: p6 L5 \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。. K, f& q) D$ S, P
    3 E5 E  v& G) w( z6 W! `* G6 H6 p
    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。
    1 r- @! S) p2 F: T# {5 \7 v( g- s- X/ s- o
    个头、模样大致如此,二十六公斤。
    $ Z- P5 H( l3 _8 e& m" D% z- o! s0 \
    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。# ~. m) g  B. b4 H7 Y8 B  R

    " R5 N9 @; ]1 O, I5 b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。
    ( k" `8 t. q" k2 ~8 l0 T* _
    . d3 }" V/ [. R, g% Z0 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?
    ' M) I8 d6 A9 ?3 `
    ' a4 v, R; G5 {; H1 t; M0 Y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。
    , t$ T9 U" L$ m( P, X, r, i  Q, {8 m" x0 F8 y$ ?
    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' X' J7 ]7 a) ^) a$ A5 ~/ i

    ' Z4 `* I, v; v8 F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。( F& t. _& ^+ B) i4 e5 f9 w6 c
    7 x# R$ }$ n$ V7 g: 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。. M7 a  {; ^; q: \' g4 R

    7 n  v; n* V& z( }' q+ a# ~9 D说些个大家可能百度不到的。1 Y6 K6 i0 ?  n

    0 g0 Q6 @& r4 N6 c) u, W===前方高能===3 i1 s! v6 v* ?" M# k3 H2 M, ^' W7 t

    4 |8 n/ g9 m4 {& t6 j$ 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。: w7 Q; D, L7 G: a

    / W7 x5 S& s2 y) d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。3 S- g& p# X# e3 a+ G3 \( U) x; e' O

    3 [0 ]( K: ~+ T, O" p- @
    : S, J' \! ]" _惠普当年的铯钟,吊打全世界。5 v* E- U; K$ m0 q2 {9 C& W" d% l

    : I9 K0 x# j1 h: n5 W8 e4 A1964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!' s% d' Z0 y5 ?( K$ k) y  T
    - z. @. E5 i2 J  [4 J6 H) i
    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。
    # Z: |8 y* A2 T' O( Q2 S/ B) Y1 ^
    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 W5 N  B4 o$ h2 }
    " k- S  n+ e# o5 e/ E0 M& K* O
    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。
    1 `: ?2 f: z7 O! P- r) g0 r% a9 B  C" F, T2 V
    1986年,十的负十四次方。
    5 J$ ]3 I* G+ Y
    $ G( |& ~" N9 u) I8 [  S/ o- z2003年,十的负十五次方。  n/ l  N6 _. ]* c
    ' r  G. J1 m; X, i' w
    2017年,十的负十六次方。/ i; T. r" E1 T# }: a
    6 s+ ^- j! {4 i6 H
    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。
    % A* G- B0 J1 v1 D- I. V9 [2 A
    0 A/ r0 |! e3 g/ l/ y。。。
    7 H% P3 e* ^' o$ X0 ]$ u( E8 J
    / A  s" H. _- [1 o# A: Z, S: @0 T" ~- g& E, s$ M6 p1 U, z
    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。- [, u/ e/ M" J8 ]) _
    7 i, j& g# ^  d6 f4 p! ?
    7 ?3 W5 T* ~( |( y# q6 }/ p
    & e" d# C) R4 ^9 B

    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
    10 小时前
  • 签到天数: 3313 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。+ C/ e: Z3 Q, B% U, }) o
    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
    9 小时前
  • 签到天数: 3215 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
    昨天 10:48
  • 签到天数: 668 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 " H# |1 b* C2 u+ w1 N6 B# J0 Q0 g
    " M( C, X2 x% |, I
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    ; |, w) u( _3 H3 e看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。1 R! `" p" h2 F, ]( ]" C6 ]
    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: 3778 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
    10 小时前
  • 签到天数: 3313 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
    9 ~* ^1 ^$ O$ G5 B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
    5 |# K7 ^+ I6 B8 M1 n" E/ z  h
    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。
    ! w3 j# b: h: b, m% N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
    4 h' B9 y- t  O# 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。: h; n6 l" T- Y* h4 m8 K
    他 ...
    8 d6 ^+ R. n3 W$ d# n
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    , v/ v  _3 \: O6 q# ?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
    10 小时前
  • 签到天数: 3313 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) l- t% E% H1 d9 x
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好" w) z' i. H' U) R  D! g; E3 i
    5071A好像这两年不好买了
    4 H; y8 R5 r, n7 u. G5 l
    这个短稳长稳有出处嘛?
    0 k9 k  y7 F- O' A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~~) M' L) j6 L$ ]4 M
    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 22:564 S' x7 W( f! F% O
    这个短稳长稳有出处嘛?
    + R! _6 _2 [; [( O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 ...
    6 r/ u3 u+ y4 {

    / T# k  V! \, R* }  Q% Z# j: H* b# u( p1 \$ P
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图9 k0 Y  z* q- \
    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
    16 小时前
  • 签到天数: 3743 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
    7 H  k# ~/ J8 e: K  V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。6 ^+ K" z* [/ ?7 I" U* \
    他 ...
    3 {( B' h4 m( V; k4 [9 f2 T
    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
    10 小时前
  • 签到天数: 3313 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; f% ^6 A+ Y& r3 k, U% o; ]
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图# n% B) ?$ z6 l! W) r6 g  [
    这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    6 N$ N  G0 S9 P* ~: G/ 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。
    - m- q0 w: ?. }/ J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。
    9 M% w( `4 \# E  l

    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
    & {$ n* ?$ S  v7 I8 Z* }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。. O, d3 d& x; }' I& f/ j% g! p
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

      e& O, T% p+ z' i: T& S可能高端的铯钟做的更好一些吧
    ) G/ z/ _& S: O4 g9 _7 F$ E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
    ( s$ m1 Z2 Q( W8 U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
    / D& I$ n! d( Q- l安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    + J& T* P- V9 P1 n" ]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
    , a& B1 v( _$ @3 z7 s可能高端的铯钟做的更好一些吧7 l% N, @+ ]( q( w: e2 }* S9 ^
    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. d: F' _& p  i2 ?时间基准据说 ...

    0 v3 R+ C5 K  L2 G+ {! v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
    3 ^6 \5 R' F2 a' D" t7 g; q请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    7 U! d4 X' Z- l. t" D
    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$ ^6 w( A" y9 ~6 d8 J5 R3 C; L3 W- I: ?
    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
    " M$ L' a! E* F/ r3 S0 x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 ...

    % b% @' J- {" m  Q7 t3 a! [* t5 p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, 2026-4-7 16:14 , Processed in 0.063773 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