设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 5721|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 7 L/ M) q1 F" p: P! h

    0 l% L$ b9 ^8 l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。% J/ _2 c. i' p! E0 Q  A2 I6 H
    ! e  I! d3 c3 \# y' _, h' x
    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。
    2 \5 P2 i( y: x
    3 ?: W6 k* S+ k) k; Y% v个头、模样大致如此,二十六公斤。
    * Z0 E3 N- I5 k  ]3 M9 j" O/ A0 q' g$ j3 ]; p& B, D4 [* F! l
    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。4 v! t; ~9 [  ?! x
    4 ]2 `; B8 Y% l9 \1 L* a2 j
    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。
    6 F1 j0 O( J8 l, y% C% T; k5 @3 u7 ~3 }% [
    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?- W. g/ _! S  c+ X% l* G. T
    $ m% t- ]3 ?3 m& q
    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。
    ) W0 m! t( j4 v0 ^. b0 x5 u/ k2 k. _6 p3 ?% `' u& b( H
    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!$ X$ X3 V+ d6 T. ]4 B

    , x! C6 Z1 }: ^" U/ V$ l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。
    # N5 K! }# S4 F: |3 R9 I. k' b" m2 O/ T8 R
    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。
    . }* h1 q8 M, Z4 `# Z  {1 Y
      Y! ]+ c5 x9 C7 q$ u5 z3 Q1 d说些个大家可能百度不到的。1 X+ E9 f% O  M5 [) T0 C0 R
    ' R6 j. k# \+ q) S0 ~0 {/ x
    ===前方高能===
    6 M8 y" U! r, S  z7 W
    , r- d/ O$ M1 Q9 P3 i0 n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。1 F! W+ m4 a. D

    ' d) i& d; E/ A7 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。
    . E0 a7 F- q5 W( W- B. m/ e& D
    , G- O. }5 I2 k" x5 [: S$ ]; T$ O: l7 U: p' d4 r
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。0 `# u3 |  I* w# @2 k  I% q/ E

    % a; ^$ ~$ Z9 E. z  Z% n  ?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!( _$ i6 U  S- N: }% o; @( v9 g
    - z1 R/ Q3 s* t# E& S6 |" r3 ]& l1 h/ P/ K
    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。
    * ?& u5 J; b7 a! [. j3 E6 J. {" W2 P% X6 ^* F. Q) P
    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。
    ) }# }2 Z3 K5 b5 U5 q/ p& A5 _3 T6 i; Z9 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。
    6 G! m& v  m; R* i# O6 d& d- }; C# U3 H( b$ z/ r! o' G$ m+ J# h
    1986年,十的负十四次方。. C9 M/ S1 \2 S

    ) T' H* e( v) J  R" K1 R! ]2003年,十的负十五次方。
    ' W% }; h2 y$ H6 D
    ( B) w5 e2 Y- E" q# h' S3 {) N4 i2017年,十的负十六次方。# @  k9 X9 x2 p: u" T1 \
    6 A( j0 E$ M, n' q+ Q% p
    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。# y9 C# M8 C  {, Y8 y: t  b) r/ e
    2 B$ X) Z* r( N1 R8 A  U* A
    。。。. s3 x/ r# n4 t, P

    9 l9 V+ w; A9 ?/ M5 d- K- i0 C9 Z! z5 ~
    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。
    & C' W9 H! T0 D: U  E
    2 a: F" r, R# G' D, w
    . [  P' Y1 P$ |' A6 {0 t* h+ a
    5 R& @; d  V+ O

    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: 2634 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。: Y: W+ @+ `1 L" H' _/ b
    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
    慵懒
    16 小时前
  • 签到天数: 2567 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
    3 天前
  • 签到天数: 557 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" H0 O! Z+ O; d: M3 \4 @4 d! K3 u
      r$ T- m, k$ h; d- m' x5 g群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);& ?9 J6 ^* ]3 Q7 a
    看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    " V, I' N8 C' M2 i3 O' A! q4 w$ z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
    16 小时前
  • 签到天数: 3070 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: 2634 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% ?5 `+ L5 J6 h$ S# v+ A
    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

    " Q( q% x& F) u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。( s. ^$ a5 ]+ L. M8 r
    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/ y2 U; w" j+ X3 c
    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。! V* [) ]0 z6 Q! H$ e  G
    他 ...

    2 N: x$ R  z0 E短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    % y* ^9 b* m0 X: ]0 i3 W* c8 x" n2 x5071A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: 2634 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
    ' x9 p5 L  Z8 I' n2 d短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好; B' x6 k, S. L4 f- K9 m5 \
    5071A好像这两年不好买了
      f) j' w( }1 T- Z' N2 G
    这个短稳长稳有出处嘛?* Z: r1 e$ i/ Y* t' ?
    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~~1 N3 `/ @  n' z( J- k! f7 C
    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 22:568 z- f; r% `8 K: Y9 G
    这个短稳长稳有出处嘛?# X1 v8 {9 u/ s1 {- C2 d2 U, 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 ...

    / a& U' H: ^% W+ h
    8 H. X. P$ s3 ]8 h; u$ ~% S1 V
    ! F1 @0 a: K/ N没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图. t& f+ y' _3 i  G- O/ H+ ^$ 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
    15 小时前
  • 签到天数: 3036 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
    6 o2 v+ T3 q3 u: A$ d0 F/ f9 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。
    % P& s, N$ i# j9 d* M: b" w, H: {1 }他 ...
    : T; r5 R0 C5 k$ g: K" I5 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
    10 小时前
  • 签到天数: 2634 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( n0 z$ x0 T2 |7 X8 d6 q
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    9 O/ H6 M' I, B: j" Z这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    ) c/ t; r" I% v7 _; O
    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。+ g/ o- P: z- i2 O6 L3 a) L& O
    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。
    * Q  r: {7 i1 b0 R4 m% R/ W7 x

    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+ x, m' u+ n  E4 @/ o$ v
    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。
    9 R+ M1 Q6 r! H( N冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    + x& X) V2 b0 |
    可能高端的铯钟做的更好一些吧3 W$ M3 M; g7 _7 Y9 m( o6 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% ]5 }- O) P" y6 d! m4 y
    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
    3 @$ j) q* B. c6 ^安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部
    5 d  Q# j5 X/ C' ^7 \* {4 }& R. T
    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+ E5 [0 z0 E  q+ m- C, a
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    * Z4 D: H" e1 D+ n. 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
    ; o+ s, ?4 G  l" M时间基准据说 ...

    8 T; e3 o# w. x  ?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% i2 z# H3 q4 u2 ?. Y1 x
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?

    # x8 O2 |$ U' E3 V- o9 q5 h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! J/ z7 h) Q, q0 \3 f8 y
    6 s" x0 G: |: 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
    . [0 f- C# s" T; Y% q8 @" Z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 ...
    + z) ^" P% `4 o
    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, 2024-4-28 16:43 , Processed in 0.051819 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