设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 7558|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 0 e$ \' L. x" @4 ]0 a9 M

    1 }! `% N' @9 v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。
    5 t# O) X* p% S3 {" n6 `& F+ a- R" A6 ?/ d
    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。3 B2 g6 j+ @. W5 l4 L: C

    & L! T0 X; t( w个头、模样大致如此,二十六公斤。5 Z6 S3 z( n! ]: z6 r8 A

    3 q5 u+ b& ^& j+ i5 Y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。
    0 r5 `. B6 o0 ]$ ~, W6 R3 v
    8 u0 T! T6 D) ?8 u) @9 }: U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。! O7 P1 g, k0 N% ^, |( y, j

    3 n! C2 j% Z5 ?: W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?
    4 ?; A$ ?0 G$ y; @4 b: q5 S9 q4 B; i$ j$ X* D% r* d8 c- |
    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。
    . W3 ^! D  P1 H: X8 o; v5 t7 i+ ]! Q+ Q9 K. o) F5 R
    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!+ \5 r7 g% l% J; B5 X) x8 e
    3 I0 ~% {7 y: ?; y; o
    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。" D4 o* ~7 i& m, d6 C; d2 w: h
    , _8 g* P( I% T% U" p4 _& @* w* A
    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。
    : \  j, n; S6 g5 _! f: i
    / y; b6 [& X6 v, x说些个大家可能百度不到的。5 k  g: v& v4 c) Y. t3 f4 z

    & u$ \' X' W( w* v* }===前方高能===% d+ j( l3 d  N! P4 q
    ) Z! Y# u) X8 Y6 ]6 C
    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。
    3 Y& \5 A, [$ L+ C) L7 M: t( w
    ' @/ j9 A' ~+ M) o0 ?4 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。0 g0 _3 f1 G) i' O
    ( w& `2 k+ _" F( g7 g  W

    3 ~# {8 X: I6 H" D0 p& s3 w惠普当年的铯钟,吊打全世界。$ k3 n5 k3 v# w! a, {
    ! s1 q( e6 Y+ e! `7 K: m! I( ~# {
    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!
    $ S8 K0 z3 r! T7 f4 h
    3 X. W7 k/ k7 p% _$ j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 A/ l8 o2 ^% E; ?% k& |! L# n* F

    1 r6 s  }( `7 p. c9 }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。# d& R+ @* C  H7 @5 z& F9 [: S
    6 L4 L9 H. l( L0 z
    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。* T: G0 Y+ y. E- d3 [$ `9 w
    6 s+ H3 P9 Y% l- O3 t! H/ l: M2 w
    1986年,十的负十四次方。
    ( t. B( G$ H* p4 m$ [, }% T* w; c3 M% a- i6 T
    2003年,十的负十五次方。
    ! ~. N# [2 G0 q0 w4 K5 V) I. z4 C% G+ X7 b8 t$ W, p3 f
    2017年,十的负十六次方。
    " T& l' \& C* W& W$ i& Y$ a5 b1 j$ [$ t9 v$ T2 Q& U0 S
    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 b4 A" b  d, B$ _7 r

    & S, k  Z* i0 u。。。
    0 r5 T/ L$ L, Y7 M# s4 g* M+ j0 g* ?

    4 o2 z  G6 u+ \! D1 B' u( c$ j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。
    9 r/ T- A. a) e5 w' y: y) @+ k2 n; [1 ?& P
    + n3 U' _7 R! a/ M

    + B8 r8 ]1 _# S" c

    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
    郁闷
    8 小时前
  • 签到天数: 3092 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。
    ) i( [, y. V5 {0 a: G4 [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
    擦汗
    10 小时前
  • 签到天数: 3015 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
    5 天前
  • 签到天数: 622 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 - x+ f# l; b* z4 v

    6 h+ F+ L. }6 ^' T" a9 o群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    8 x7 ]+ D( O9 s* K看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    " p  B/ L( U# _* D/ b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
    10 小时前
  • 签到天数: 3549 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
    郁闷
    8 小时前
  • 签到天数: 3092 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* X: d9 u& ]; v. f& 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

    1 P) I1 O/ }* W$ g3 ~: k2 s( @; 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。
    ! n2 A$ e0 m# [9 i4 p" 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: Q1 d2 `( B5 {* }$ W
    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。9 ]: {- Z5 j7 V
    他 ...
    " q0 Z8 V+ J' v2 [+ y" M( {/ V
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    9 r2 U9 L. K& s$ P& u5071A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
    郁闷
    8 小时前
  • 签到天数: 3092 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 13:350 ?& b) s0 q" y# C
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    $ G' R3 e0 u) A9 h5071A好像这两年不好买了
    " K$ L( p5 X& v5 h+ s5 Q
    这个短稳长稳有出处嘛?% E- s4 G) `& g0 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一半~~9 U/ m* e+ |/ q6 ]" t* _" Z
    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) @. u; V4 l0 ^' W# N2 e
    这个短稳长稳有出处嘛?2 k4 j3 x& V: Q
    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 ...
    : \1 ~/ _% f2 ]" U# Z

    3 r3 I4 c% d' |" ~/ {2 R5 G" o+ C) Q  J- Y  S
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图# H, H  ~3 l( J) M
    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
    10 小时前
  • 签到天数: 3514 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
    ( ^1 q$ k7 G8 ^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。
    ' W( W: Y' ]; I2 r% t  o, ^9 b( S他 ...

    . F6 ?; h- p  J$ i6 ~" l* Y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
    郁闷
    8 小时前
  • 签到天数: 3092 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
    6 {/ Q. |2 G0 h6 U9 k没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    1 K+ ~  i( A9 {9 C6 I+ Z这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    3 C! w0 d& l2 g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。
    + I+ M& @/ L( U' b% v) V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。
      V; Z9 V3 a2 ^, R  L; d2 u

    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 03:354 e5 |% s+ L6 p0 o+ Y
    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。5 L- G+ `( U5 z! _* V! M
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    / R% s2 Q3 D% C) c. L, x% z
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    0 z6 f; T3 A! V" i& q7 d5 G; v# B1 T, R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# u2 A) _% [1 z6 m! M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
    # M: L; u) z: k& l" v* Z安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    * G3 g; J9 j; f3 }* k! k' X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
    $ G9 ?# _/ u, p+ H可能高端的铯钟做的更好一些吧4 \. D" ~, \2 h0 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4 g1 p# Q  y) c5 g" b% S, M' y
    时间基准据说 ...

    4 w7 _5 b! Q: M/ U% J. F+ 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
    / n6 k3 D  y) i# [( K8 n; @' i2 G. G请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
      n* Y) g0 C0 Q/ p9 z$ 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
    6 Y/ }2 H3 S" j, Y" ?
    5 O! N/ ~8 C& e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 10:298 ?" }% U: K6 M1 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 ...
    ! ?$ j- O0 v. y# i
    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, 2025-8-20 10:21 , Processed in 0.044649 second(s), 19 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表