设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 5790|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 5 [2 t) R8 l8 n) \

    5 Q2 b; G# s# U6 N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。% X- \8 b/ V3 K( a5 G/ V
    + a: Z% I3 p1 i: ]) f; g
    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。
    * ?$ V! P- x7 I5 B% {; m
    2 A5 D% [& ]1 N1 d. w- p, s个头、模样大致如此,二十六公斤。
    2 p3 m- j+ F( N) T. }+ W; ^# ^  R
    $ B) [, @+ L6 j8 o7 m5 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 }- i4 S+ Q6 k6 e( A- ^

    + u& v8 L: r& E0 d% f$ q; E0 r& e; C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。; p( }4 c, W# P) d( ?" [# \0 e: q
    ! Q$ m4 @9 G0 V7 C4 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?0 a7 }8 P( y; D0 }: I4 n

    % d& |2 g. D7 Y, i4 |$ F" b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。; |" C) w! I  i/ h2 O
    8 L: z8 X1 l, \7 _0 Z3 B
    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!
    + A2 ]0 K0 {* M6 \5 f1 Y+ k* `: A0 _: F4 }. i, S% R6 H. B
    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。
    , d# h: V  x* E: h! {1 _
    1 o) e- p8 z6 L1 _+ |( o( t" u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。
    ' w8 Z" c1 |* F7 ?0 a. @& c/ w5 \5 }6 \0 D( x: S6 m; t. R
    说些个大家可能百度不到的。
    0 n8 D. F! S. P3 G) z6 r7 b+ j
    % k# a; J/ k1 _8 h% W, I7 O8 P1 L: w===前方高能===
      {; y) T. H+ H. R% K  a5 j, Z- X
    % P2 I# R1 j4 E" W8 [8 P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。
    ' g1 G1 }' H& g1 K: A) t3 E/ y& ^# a7 M2 ^1 Z# t
    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 J. ], }! c" ~: Y* i

    , @/ q% m& X. c9 ?( `) P  q! h
    / r2 H) D" x( o4 U+ b惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    - S" {) Z- G$ \  Z7 E  C
    # r) ~; Y5 }. Y  c) P2 H1964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!8 S( w9 |  q2 A. G2 Q1 \8 {; `
    / W7 h& s/ ?. X7 Z; B
    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。
    * z0 F9 G  K& z* c6 X0 j* T$ T
    7 f  n1 k- }* c  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。
    ; X$ t# r& l; j' z( Z* T2 L- z& Y  k, j( R
    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。3 s" s- A% Y! R6 I5 ~  d1 m

    ) s( V/ a! A; ]+ |. D1986年,十的负十四次方。
    8 c, Q' c- D8 o, M9 b7 z8 K8 E# _4 i& Q) S
    2003年,十的负十五次方。
    2 `( b' j' a* r
    ; Z: A( F9 e: d3 I2 _2 h2017年,十的负十六次方。
    7 u, F( ?2 U7 ^, {' a: V  f5 I& ?$ Z9 t0 N7 G
    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。
    ) C6 Z% _; j" e- y& H
    ' a3 x. J2 V2 L: A# S。。。
    % |- @5 K4 j: G* M! y" r# ^. C# Q2 t* s4 O
    8 z9 e" [6 ^' P5 \/ M: b* D3 }
    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。1 z# y/ J8 o+ h4 J; \
    9 k! v. E1 v' z3 h

    ; k5 }+ M# {2 f5 f- S, S! e
    4 c8 C& g" b- M  y) U5 A# M

    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
    1 小时前
  • 签到天数: 2649 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。1 J, o3 o! M! B! o' Z3 t# 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
    难过
    昨天 07:54
  • 签到天数: 2579 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
    昨天 10:51
  • 签到天数: 564 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
    0 y* u! e- h. H2 i) @0 p+ s! U# E+ N0 j* x6 ~
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    8 N' f- K' @' I8 w. P' D, L& P看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    ; w  D* B1 |. g. w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
    1 小时前
  • 签到天数: 3085 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
    1 小时前
  • 签到天数: 2649 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
    ' {2 i2 P4 p2 B9 q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
    # ]8 i/ a/ b7 ^1 l+ g" J1 o1 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。) a- z% Y' j  h" @2 o3 [
    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 D) U; v5 z2 D1 F! P* S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。! J; Z" N" {& _# x8 W6 `1 R
    他 ...
    * B1 Y2 f8 Z" N1 N& i$ c
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好, b4 `* A/ A2 ?- t1 h/ `8 I1 S1 G
    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
    1 小时前
  • 签到天数: 2649 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
    6 F2 f5 j7 d6 W短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好& D  e# {# Y' T4 a  N
    5071A好像这两年不好买了
    , Z  v& a3 `/ l2 e8 ]" F
    这个短稳长稳有出处嘛?
    : W- _/ i: Y/ l3 Z" H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 ~9 w7 }$ u" 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
    , Z5 L( v, O' i9 O% y* b6 X% m这个短稳长稳有出处嘛?
    ' y1 p& \. t5 k! b, `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 ^( g5 ]: {& X$ r+ o+ Z4 M
    , n7 \- a; a8 f  E! w! A! t* o/ p+ B' @1 \

    ' |9 S( _% q# ?* Y' Y没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    6 s  x' ~0 B5 H8 ~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
    1 小时前
  • 签到天数: 3051 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 22:563 C9 y% q& H# k; B" |' |) e- 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。
    8 x+ v, X& g3 A' P6 d他 ...
    $ d  n1 d) ]6 H( k% K* u$ o4 I0 ~
    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
    1 小时前
  • 签到天数: 2649 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
    5 B% z( e3 r& I9 F没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图/ L: i. {" u4 E
    这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    6 n  p6 C/ `' s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。8 N, M1 t5 H6 c0 G/ 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。5 n$ B' x1 V2 t/ [# v$ x$ @; e

    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$ E( i# Z9 u9 P- A
    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。. J+ `* ]0 T' x6 h- h& n
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    ! e  G& r8 h$ l$ u8 ]+ n& s可能高端的铯钟做的更好一些吧
    : J& S  @4 I5 k/ Q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
    2 d8 P3 K$ n  Y3 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' O8 A4 ]2 M) g/ N. n
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部
      L2 s, U' b8 T5 B; N1 I4 [
    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
    % h/ c3 @: ~9 Y4 k$ C8 U7 C可能高端的铯钟做的更好一些吧
    - `' d" `) L7 g" Q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
    % E* P0 ~7 }+ Y/ {时间基准据说 ...
    $ t. ]" A9 {& P' z* q$ c$ y* N
    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+ j+ S  T2 A4 |( x# R% D3 N
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    ( a+ x  q; k& U2 f1 v- F
    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
    ' R3 a% a3 A6 t3 m+ ]2 C6 D" A. L. z7 V, r! d/ ]6 F4 Q
    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 10:296 Q* }9 {9 J5 r0 b8 B9 b. A) ~
    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 ...
    0 M& a4 O! b( ^- c& h8 c
    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, 2024-5-13 01:36 , Processed in 0.053305 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