设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 7940|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
    1 E, {5 W# H$ X8 N% ?
    + ^6 H* H0 D  b! @+ Q6 {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。
    ' W  Q& d6 s2 q5 [& E6 j9 \
    & M: L9 K! N# ?: ]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。
    . F& U: i' D1 X+ q. g' |* h7 {- i5 c0 A- `% [
    个头、模样大致如此,二十六公斤。
    " q& }  H! d% e6 e' a: d: k% [
    3 X; f- |' J4 I% X0 x: w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。
    ! ~# |5 H& g0 S! B9 ^& N# p( |. {2 y
    + m, y! K( ~& B8 `( v: f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 @+ u4 i$ i+ w' P/ j9 J3 w5 N! p( i5 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?2 ^8 p/ S. w9 ^. s
    $ [) @. j( O' I. f
    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。* G& b8 G: R( I1 G; o: j6 ^
    " r" ^, d, ], v0 V' X! ^$ Y
    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!. s4 ^  N( B5 Z6 ?) P

    6 j; U* J+ H  F7 [6 P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。  R* U: _; t7 S) L

    ; T! D0 L% ~& E9 Y' n. x* Z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。
    ) R/ d9 N% x4 l+ q' Q* m  K  i+ z3 S$ ~0 V& t8 q& P
    说些个大家可能百度不到的。. m* ^: |& Y+ _  `7 ~: G7 X. D" R
    9 U( I/ `  K/ O$ u  @2 M1 }. H
    ===前方高能===& o% A2 _' j! g0 }$ L

    , P8 Z4 S) r7 s8 m9 ~7 e0 f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。) G$ g; m7 A& {  ~2 H  O& B

    * U* x( G& t9 ]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。
    ' x& b- H: F8 {+ g4 O$ |4 b- x- j5 Z9 w& Y6 H( F

      K2 u$ I6 w3 x) ^4 \惠普当年的铯钟,吊打全世界。; F: l  K6 P: \' q0 ^: C/ ^

    , X+ x6 t4 a: K" K: G9 w1964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!6 Y+ n' C! i4 H3 D. R
    + H; P* }  ~$ b! R* |9 E0 g4 Q
    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。
    / F3 j: ~5 i& |$ d8 [6 Q
    ! _& L. t6 Q0 H7 u7 T, ~/ @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。) d5 Z$ L& B: \+ A* ~5 m
    $ y  H, E  u% a
    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。% Q( n1 d6 P7 x9 U( p5 W- p0 E! ^& X

    1 o3 u+ i9 D6 C6 {  H; q* ?$ b1986年,十的负十四次方。) T6 x2 k  A; l3 L7 t: l# w; j

    0 @& S; V* E, e; v+ o2003年,十的负十五次方。2 U/ m3 T; j" x* e5 \6 K  z
    8 S, R/ j2 Q) ]; o( H
    2017年,十的负十六次方。# K) N: V9 P; Q! V" V( I

    ( Q- m/ K" d) g& S9 v- z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。+ h, t  o- f0 s, J

    , E" x+ k, k& d( D。。。! D" U3 f+ A& A; g  G
    # R7 [! S4 L" j' m& D9 M$ `

    2 r2 O* k$ R( W2 r/ z2 R, W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。) r, N4 A' \( w4 @' l9 d

    7 O6 q! b1 [! z" ]
    7 i3 H2 k2 R; F4 S. ?" b: y
    % k' _" s3 d: d* n6 e$ 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
    5 小时前
  • 签到天数: 3178 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。
      n6 d+ n0 @: C6 c2 g% t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
    无聊
    昨天 05:49
  • 签到天数: 3092 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
    2025-9-27 11:31
  • 签到天数: 630 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
    6 }5 a: F5 Q. Y, I8 g0 l% s- }# r8 U. h6 o. x3 b
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    $ e; g3 f7 G$ G0 Z- c2 g- p看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。) n4 {+ C  ]& O; R2 }
    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
    5 小时前
  • 签到天数: 3635 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
    5 小时前
  • 签到天数: 3178 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
    % B9 T) ^& N) ~" b8 B$ 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
    * N0 P- u- S. g: A2 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。
    5 C1 T, ^6 {6 p% q6 a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
    2 W' S& [4 M( q* e* X& {" I( 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。
    - T9 E! j$ W- c, l) T他 ...
    2 [& G- n8 J3 H& Q
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好7 Y! [! w8 m, r$ [
    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
    5 小时前
  • 签到天数: 3178 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
    # w5 J2 @( R) W7 R. s短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    # r- w4 `, C3 R6 i1 b5071A好像这两年不好买了

    . q* M" T& \6 ^# T# I这个短稳长稳有出处嘛?/ w5 M0 o4 Z( D' 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~~
    . {) R* w2 A- A! N. 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 22:56
    5 \+ X2 x" m" h6 S' e这个短稳长稳有出处嘛?- ?7 i- T2 d3 B& u
    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 ...
    0 Y9 I3 q9 m- Q& V

    - b* \" {6 C( O- A" r+ K- m" T" V: o3 a6 l
    7 y: @- s  q7 Q6 D没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    1 _% O3 |* \% s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
    5 小时前
  • 签到天数: 3601 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 22:567 W- P1 B. e/ {: L* ?+ Y" H' R
    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。: @  N/ b; L- W1 u, t! M8 @4 m
    他 ...

    - _  X0 I/ O' W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
    5 小时前
  • 签到天数: 3178 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$ z1 c$ q* z6 [4 \5 h2 z
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    7 `8 ?' ?4 E8 m- I  T这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    4 d" O# a; n9 I( w- X, s0 p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。
      q$ y' G: i! C2 J, z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。' |% \2 J% Y1 n9 I  l4 t

    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
    8 U1 Q9 P0 I: ]8 S/ M* I. 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。6 s; ^* Z2 \" Z8 V2 l
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    4 Z$ e' _: r! i/ u
    可能高端的铯钟做的更好一些吧9 P+ H2 k" ~7 o1 C4 J* }( p6 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. F! H, [# s# q9 c7 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 03:017 J3 q: \! D6 V3 @( P
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    , F9 @" |) C- m1 J$ H7 t0 c" e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
    1 a1 P: u( K3 b可能高端的铯钟做的更好一些吧' o' f$ \$ t4 ~, B" D/ i* 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
    9 o1 e( }0 e7 D7 `" `: g时间基准据说 ...

    4 h7 s: D9 l3 M; K2 A& c1 G: k% a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
    7 E3 g+ W2 t7 v" ?, h" N  [6 {请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    , @3 g% S. K$ g2 c- P
    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
    : `( \* U1 z8 q" q$ a1 P1 t
    5 ?  Q8 Q$ A% P8 [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! w6 D+ k- f( g, o: 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 ...
    / h5 V6 ?) ]6 e; |! N+ w. [
    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, 2025-11-15 05:55 , Processed in 0.047047 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