设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 7655|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
    : {: w% ?/ K, j- a
    % G% y7 g( @! N) b* K- t& D2 z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。0 B4 d# r$ @+ n  T' r+ m- S: k$ [
    ( b: D0 ~( l% ]( \9 T7 I
    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。5 |, i/ Z, T8 C% l: n6 o4 w

    ' F+ K7 ], a% v3 A  _个头、模样大致如此,二十六公斤。
    # c8 Y0 M9 O, q, i- _" e( b" ]5 ]. z& E3 \
    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。. h7 r5 C' d0 e0 I

    % ?7 O* t# K6 x. H6 E/ ]  \. A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。
    " \; ]7 I$ w$ `! B! C% ^
    ) W2 M% x/ P5 A' Z) b& f- 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?
    8 G! H) Y) Y( x6 y7 O- O3 }6 B6 N; l9 S
      `4 D( N( Y. `( L' g, 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。
    - F1 h# R  k% W* R( ~! ?
    * q6 B3 ~: _) A& A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!, ~9 N0 O2 A6 o9 y) h6 Y( L

    ; c& L& |- V2 V* 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。
    $ X; U# R: P8 i: a0 d$ i& B
    - a1 a6 {) z2 M  x: V4 b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 f! `; w4 w$ r3 f

      h8 T4 X- f* I! `: g! Z/ v& [说些个大家可能百度不到的。5 g( d) g% V6 K5 k5 A. g/ s
    8 H. E+ k6 n/ R# f
    ===前方高能===
    $ U/ ]; d' P( g6 k2 l; A7 n1 e& @9 i
    $ j& H0 V5 k' \8 B, B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。5 x. g9 Y  q7 R9 l$ s8 y$ C

    : U1 l4 L% A6 X' Y; ~# {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。1 D& i6 U. _6 i9 d1 N2 a
    ) n8 I/ v2 K5 U- B+ x1 f1 R# y; V
    4 N) u. F! [. u8 E  @
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    8 J' C/ _2 J; e/ S$ J  j8 \% P7 I
    6 K  C8 k2 r2 {% Z0 Z- E7 ?/ 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!) t& F0 s. U* C  e9 x. F! Z

    # H9 B: K, |+ i, ]0 u0 x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。# D  L" J% t; e3 i6 y

    # W& e' G; V  V8 T. W: s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。& _) k4 n1 k* p
    8 G5 J6 P4 _$ q2 L1 I7 {6 ^9 t) c
    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。
    9 Q' d, O" N  a; J+ t8 f$ r" e+ k& o$ t5 O8 Z
    1986年,十的负十四次方。9 ?7 D0 p1 }& f- x/ |% ]

    - |1 x& i3 B4 z9 G2003年,十的负十五次方。# h- Z0 J0 i% Y+ V
    + ^/ p* M  U& q! Q, Y6 t' R
    2017年,十的负十六次方。' Q( L8 D8 n, v% t- z. S' s

    " b% E8 P4 T7 _5 P7 k# R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。6 g+ Z. V( }& S7 F. H* N
    ; v+ b: k$ m* }% n/ f, [: M
    。。。
    9 Z& y4 B2 D0 O
    / L3 D' x5 z& I. P9 Z. G0 R* Z, p+ a+ y4 T, T( I
    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。
    2 P2 @: V. B. J' q$ i
    ; B$ U: `# w* z
    0 E, e6 g" P* b. o/ m* B7 Z7 T4 n! ~7 X& 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
    7 小时前
  • 签到天数: 3111 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。
    3 P$ I/ N' l; E. u5 i- n. L9 a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
    昨天 09:42
  • 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
    4 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
    3 \+ ], y6 g3 ~" W3 \* J" Y/ s) C2 T& g  e1 i
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);/ v; K1 _7 ^  W
    看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    2 l0 o+ d! F# i0 L3 _! L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
    7 小时前
  • 签到天数: 3567 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
    7 小时前
  • 签到天数: 3111 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
      K2 m* N& B6 P6 N* I+ H% 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
    ' j) {  d  W8 F
    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+ s3 q3 @: O4 X0 h; m5 V. j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
    : Q$ p. R7 \9 m# t; q) n- 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。* s4 [- n7 j; P/ F2 M& w9 Q: a& T
    他 ...
    4 _2 ~7 ^0 j7 h$ e
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    $ F* N( i' e: i! V2 l" d$ V6 b5071A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
    7 小时前
  • 签到天数: 3111 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
    3 [# S+ z  a+ b$ k短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    , ~: X/ \9 C* k+ b+ w. i5071A好像这两年不好买了
    9 l/ J% ]( N8 ?9 c1 ~5 {
    这个短稳长稳有出处嘛?
    5 d" h. C1 y8 R8 L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+ i. k* @) C0 z% C& u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 22:566 j% P& h! U6 P& E' K+ C% d- E
    这个短稳长稳有出处嘛?
    $ M* m7 O4 f$ k+ U4 c  L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 ...

    2 Q1 U& W: I3 Y) I2 o) _
    & B8 g$ D1 M% w1 b9 P+ |) H; O( y8 |3 z  f3 @8 v4 d( i
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图" M  Q' {% }5 t% H7 K3 k
    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: 3533 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 x  ?5 u; x. d+ P
    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。
    2 I# D6 G( h6 w$ \$ P% {他 ...
    # R# I% X$ m- ?, F1 g4 {3 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
    7 小时前
  • 签到天数: 3111 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 12:482 e2 U0 P1 Z7 X+ l) t/ H
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    ! S5 h. J0 T- i- H# }这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    & p- b( d% @: d8 F( @
    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。
      N7 y# l" p( f7 K+ H2 D0 R( @# e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。
    : ~) ^. Y+ n( Z  |! i6 {

    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
    4 ]* g0 l) K' A1 o7 K3 b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。
    : V- @9 K  k; E  f- e/ N+ J3 n冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    : e( z% G1 f1 }' T可能高端的铯钟做的更好一些吧
    / b& [" {! d* ~3 `- q+ 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( l* U5 l9 `6 Y$ ~% `/ v
    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
    " T' R( I7 K- n" B/ P6 y安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部
    $ G& v" \1 ~& i
    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
    0 Q4 J; _8 a& i8 e可能高端的铯钟做的更好一些吧. |- j8 d! i+ e, `6 p4 I& 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
    5 D  `: _) H1 X3 d# N  ?时间基准据说 ...

    , {% O. Y$ g) k, K4 J3 r" e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
    9 ?" w0 X6 E- P) ?请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?

    3 ^9 y6 D  q  {/ o% 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
    3 J- @! W3 j( G% d$ J6 B- m: z1 x9 [0 M- Z% u
    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 10:293 i, L) B) A# ^- a$ r- m
    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 ...

    / [" W7 e& \, {2 I( f( }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, 2025-9-8 08:03 , Processed in 0.042496 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