设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 5720|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 ) m7 P  H4 L" l. n- s: {: V
    8 N9 l% l% x/ R% B$ C
    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( H! i) ?) \. o  {; P  l0 n% J0 k2 X8 Z+ R7 t- M7 n, d5 \
    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 ^0 ^+ G; \$ g* @3 D9 n3 l& O" @( [6 H: J
    个头、模样大致如此,二十六公斤。9 U/ U; K" U& l" E+ F/ H

    - u  x( e9 S5 c; o" s. 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。: c( U3 o+ u7 j6 L9 E: K
    ! F  Z' O8 v: u  p  c" b+ 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。
    ( a8 h# G9 }) X* T9 t7 F" j* {6 |' L& t. s  D6 ]4 U
    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?
    ; ]% M4 I, B! m
    . r* Y. C. E8 W% q  J% |* h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。) p3 _* t% V0 c+ u
    + W- {$ Z1 V% q
    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 r  g6 ]% Z, T/ v7 \& }: P

    8 I) d. `2 \# P: b. I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。0 z$ ]: D0 A$ R' x& t, Z

    ' N& {" h. D( R" T: j9 b4 r: y6 I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。% T$ u' H- J) D- A0 l

    1 \, g) c2 m8 ?6 E. u$ t说些个大家可能百度不到的。3 s  l) S( U  f. H; r' U+ s8 x

    ' V& C) |% m/ W( Q* A: N6 K% t8 \===前方高能===
    3 Q. {; u) u4 v, b5 A/ D1 }% e3 `
    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。1 `0 l& @- e/ K& O- C; a

    # G4 _' c9 z! G5 m* @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。  t# ]8 m1 d' \# w
    / G" y) C1 l" x. i$ h
    + D3 \  z3 ?0 p+ N; ^4 \+ l
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。7 L$ c+ G+ Q9 a' g3 t! L' m! r9 q

    ; s1 t! P6 g- A+ Z9 x) 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!( K. D. E2 c, X3 ?/ {- g* T
    ( H& @+ D* e& W: A9 P5 G0 l
    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。5 z$ o. t2 ~5 Y, U& v

    ; ?# o! n" I6 N4 f6 b' z0 V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。
    - X7 N2 Y+ A" }* U! _+ O
    ; t" I# V% s( @: u" l1 G1981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, s, b: g( a( q+ E1 W" h1 a! m# J) F

    ( i* g# c5 q. e* D7 F, c1986年,十的负十四次方。
    / O  ]+ V' `, N8 r. X& X
    " g9 m! ^% M: ]2 Q  O0 A2003年,十的负十五次方。' `5 D' u6 J  @

    / O4 L% E4 y) c" G8 M4 f2017年,十的负十六次方。6 \2 e1 Z/ n7 c8 Y! p
    ) j6 Y/ I0 o0 ?/ A
    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。
    # u$ G8 j( B) u$ s6 ^' [4 Z, [# V! }8 ]9 g
    。。。# L9 ^+ ~% I0 O1 C- O" E( t
    % D8 q! Z& ]4 O) Z
    4 x0 X' {6 I0 T2 V1 T4 l
    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。# B7 ]' s2 _$ ^: N: K5 a  w0 n

    7 r, u8 A8 \' t
    ) h7 o% u1 D- u7 J4 d& k' S$ P
    4 Z( O% h4 u3 h) e( ^1 `* t' e4 ?* ?

    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
    8 小时前
  • 签到天数: 2634 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。
    - V5 V) u* ]6 ^8 R' g( }, Q! U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
    14 小时前
  • 签到天数: 2567 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
    3 天前
  • 签到天数: 557 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 V$ i% d9 w( B. c9 o- r$ O
    ( U+ O8 @5 d; p) I7 v* H% ~
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    " s( s/ p3 e' B$ z9 G( s% {看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。
    # V7 X6 Z. t6 y9 {6 p( a. I! N/ }0 Q) E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
    14 小时前
  • 签到天数: 3070 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
    8 小时前
  • 签到天数: 2634 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- a3 J0 ~' ?9 h' ~6 T
    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

    $ D) L& K: {" m/ E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 N2 n2 J" g5 W$ P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
    : e0 @- @' a% `  o* W& R* H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。! d& F, T* q# z7 f$ U  M
    他 ...
    3 y6 m, J- u9 Q7 ?
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    # w! R# |+ b- P% v9 {1 g5071A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
    8 小时前
  • 签到天数: 2634 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
    ' c2 l+ z3 v2 h0 I: X; q短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    # d' U$ v) c2 Y+ Q/ [5071A好像这两年不好买了
    1 ^' o9 b4 _  J7 c: p8 R7 e
    这个短稳长稳有出处嘛?; t8 _" V: R& ~( N' R. e% D# }7 k( 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一半~~. u7 e; }/ y" b" X8 |; ~
    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# W8 D, `4 s0 N8 \6 L
    这个短稳长稳有出处嘛?
    / t$ s) @0 P0 |  h$ X; M6 o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 ...
    , Q- o0 E  c4 y2 u8 {* }3 c

    # p7 A2 p4 c7 x0 B# b( P; N* T( _/ M6 z# Y7 v. j( \
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图: h% F4 Z9 G; I2 _- ]
    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
    12 小时前
  • 签到天数: 3036 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
    : O" [9 Y1 h; U( m( m9 N5 o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。
    7 R/ R# z6 T8 R( k0 H他 ...
    8 y( g: W. V( g5 V0 ]6 N8 R+ 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
    8 小时前
  • 签到天数: 2634 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
      j# H$ D6 V* H6 u/ n没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图  p) i! w$ O8 p) j
    这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...

    0 F+ y7 `# V. @$ \8 Z- N9 |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。
    ) G, X/ o3 r/ q+ l2 }- L6 F# l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。3 D! @  m8 O2 F) V

    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 L, j/ ?. v& 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。
    5 [$ Q5 `, O/ y- d8 Z冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...
    6 S9 C% P$ `5 g
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    ! Q; X  c/ X2 O0 d. U& s6 ~/ N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
    % P6 S/ l$ ]* c! z" r; R. K1 F% d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
    7 m$ d8 L( f% B0 f, P8 ^" i安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部
    ' x& p0 t- B3 O. d5 R( 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 11:333 \( n+ n/ C1 L7 a$ v% E6 ]
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    ( d# d7 n; S1 e, T+ E1 b: V! _, V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
    * t5 j& E) [; H( z- O( g  y时间基准据说 ...

    3 P) Y# M3 e6 \2 \9 l; w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 00:562 x8 ?/ W: i' A) ~
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    ! g  \; g: W. R5 y
    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
    ; e) e3 \- w% k, ?7 H. E- K) ?  P  S7 D9 {# n7 D% L  ^9 C. u3 I
    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. g- Q$ `( E" y2 _/ b1 _
    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 ...
    3 W# N% a) Z: G6 }$ b# _, l
    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, 2024-4-28 14:05 , Processed in 0.044700 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