设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 8925|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
    3 G9 F) Y. L, ^( y$ m
    " y  D+ N0 E! H7 k1 |* Y4 M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。8 t& d9 j1 D& k
    : T9 K# a; D- m5 S
    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。
    8 U) t$ N% ~) m# U" E- \, V: d8 ]" Z) x
    个头、模样大致如此,二十六公斤。/ N; c3 D0 A: Z2 G

    $ {; l# B% y# Z! S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。+ t. p0 Y6 O* b) ~: X% {- L" m: w

    . z1 ~/ q% ^1 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。( T& D0 P0 Y: R' {. p

    6 `8 t% E3 T/ k  G: r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?/ r" `2 q0 R* V* E

    ' i: {( `8 ~; s; 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。
    4 z+ \* i7 Z2 T" U2 J7 h# {, L) t: m: C" O: W
    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!
    ! T$ K/ _; q  i& O* W- w
    ( t, t7 m6 R9 S8 \5 i. I8 v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。- a0 }1 E3 w# Y. q/ y  M

    * S& S& c/ J2 |8 ~/ Q& I5 e0 T& `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。
    1 g- }# s" s0 Q: E& I
    5 r7 b3 `1 a1 I$ F  ^8 u/ G说些个大家可能百度不到的。* L% F1 `0 L* J6 ~/ D
    9 c' W4 z7 C; h% d/ Q" d
    ===前方高能===1 U# s% ^% u! X$ @

    9 b! |) t# B' d& [, B/ h3 K/ a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。/ r! P; O# h2 E3 |

    0 M+ [1 p, V8 c! t+ Y2 O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。* b9 `1 W9 B; |$ ]. ~( X6 Z
    " s& ?, f) U0 ~$ w

    ) K+ D" i- e9 q3 s- z% y% S. k惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    / i( S. ~% a1 D; `7 @: y$ [, F0 V
    , |1 o8 s3 f) a8 P0 O1964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!4 M2 N2 K* R; E% ^
    ' @$ ~' W. V, [& e! c0 N# 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。
    . m1 \+ r- Q9 i+ Z- q
      J8 E' y% C$ L: G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。
    5 d  ?# E: Y, g0 H2 f( b  R  N
    9 t1 |) w! l% {9 u2 J( E; u- N1981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。
    , O( Q1 X7 ~. W9 x
    . P5 b8 q' Y" ]1986年,十的负十四次方。
    . y. l* h, i4 x  R/ t! N
    / t: N8 `( H6 N6 i( d/ L- B2003年,十的负十五次方。8 V# }4 ~! d) t

    ) c. O6 X) @4 T0 b& y2017年,十的负十六次方。+ X; P' C- z% L3 H2 ?  q5 x7 m8 L

    ; x5 h" ]' T- J% ^7 b2 h, U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。; x+ r* T! X! a1 K4 `

    5 S- J' A0 R* N( C' F。。。/ |) m! D+ b4 T) |
    % ]2 e; X3 C8 ^. R

    4 q  s6 `) P! Q: l6 }' N( V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。
    ; A0 p3 d9 u6 l, P; Y) _( S5 I. P& L) {8 _9 e4 R& O
    $ t$ p8 y: u3 o$ y' P
    $ ]/ i; E% X. O  D3 V3 x  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
    4 小时前
  • 签到天数: 3335 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。
    + T  ?' `% }# N9 ?. D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
    昨天 09:26
  • 签到天数: 3225 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
    7 天前
  • 签到天数: 674 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
    / ]& i$ A! z* f$ r& R! v/ n
    8 c) d  D; d4 K群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    ' }; ~4 a! z; R+ b& k看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    * {; {6 p; U( |2 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: 3800 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
    4 小时前
  • 签到天数: 3335 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
    3 g4 \& Q2 g: X5 X" [5 x7 Y4 M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

    0 e1 j' u) Y- ~& J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 ]( G+ v1 w! u7 {0 b1 V7 M% ^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: C4 Y: L2 Y- x& ]* M: i! i4 }8 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。
    6 M" t9 D4 S" R+ v他 ...
    % M- S2 c/ N' v( h( {3 ~& O2 |
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    ( ?  D' f  g0 o0 M5071A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
    4 小时前
  • 签到天数: 3335 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
    ; A0 @5 m$ V* w" {短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好8 s. k+ P% h& @3 {
    5071A好像这两年不好买了
    ' ~6 r* C, C/ Z4 M6 `1 S
    这个短稳长稳有出处嘛?* O' Y/ N6 H- b2 k3 @
    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~~
    ( R- s% \6 Y1 H% X+ x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
    0 x" X* C! G9 J1 w7 o0 Y. ^; u. s这个短稳长稳有出处嘛?
    . }" I% H, Y2 t5 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 ...

    . s8 D' d# B% }( J1 r* v, N- l
    ; c3 K1 ^9 B" ~  T/ [
    ! T! G; }* ]4 F( }0 X+ J没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
      f1 M# ]$ k, t6 O: O7 ?3 g( b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
    7 小时前
  • 签到天数: 3765 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
    $ [0 ?% j- f3 X1 j9 o/ 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。) H2 W! t5 z* I# [
    他 ...

    ( w, b: N. E: n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
    4 小时前
  • 签到天数: 3335 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
    ( ]" a- [* c" I没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    7 n, [, O( I7 Y/ v这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    0 N& F3 L  X% R( ^7 j$ L/ N! p+ k5 z2 H
    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。1 U: C8 N) G. Y2 }7 F3 Q5 h/ A3 Y
    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。
    8 c, t9 Z. X2 R# [& W, b

    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
    " g( E9 y. S* S7 V  b6 W/ C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。
    6 H  O* z% |% ]0 T+ K3 c冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    . b) N( f% P4 Z3 T1 @3 H8 O+ \' e/ j
    可能高端的铯钟做的更好一些吧5 E3 `( e$ k5 q! V2 p7 Z5 l1 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1 k8 j1 G+ y8 D) i( G' _
    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
    % b3 L3 K7 k+ S* B' s( o. V2 q安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    ) t' p2 ~/ y8 z! m( s6 V' S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 11:335 k2 H  C6 `% W/ A( D) J
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    0 R* ^5 K1 `* e$ p9 |1 D  C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 H3 |; s. g! O1 u4 R( P  I+ [9 z
    时间基准据说 ...

    & B- V/ l+ \& s% Z) _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
    , A* k+ I& |0 P3 l1 t请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?

    3 n3 d$ @; U! o6 ^  H: G; ^3 j* t+ I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2 n& @0 E$ M9 U* V2 p; l0 @

    ! s9 A1 u) }& ^3 @, c8 x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) O0 J1 D  o+ {1 O1 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 ...

    , ?  |. o% N) x* j% z" ^  W$ A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, 2026-4-29 07:14 , Processed in 0.071448 second(s), 17 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表