设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 5564|回复: 44

[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

     楼主| 发表于 2020-7-22 21:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本帖最后由 七月群山 于 2020-7-22 21:06 编辑 ( g8 ], D, W* X4 x) m

    ! \2 n1 ]. S$ S/ C. f. e6 s8 }! u) 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 G4 w; @( ^+ j) W- f0 j

    6 U% j& F0 N  ^& _6 x. J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。/ c4 t1 X+ H; _2 p! r" k% C- A6 C& J2 p
    7 Q/ ]" s5 b" ^: @; Z" y! l, o
    个头、模样大致如此,二十六公斤。
    & y7 H3 y- `5 X6 t+ S: ~' i8 [8 R- u3 e7 X% ?8 B; 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。
    3 k8 z+ M% g2 b& g
    # q6 a2 L4 K( ^, @! c. \6 x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。1 d( [4 F2 ~0 j$ w! W

    ' v1 J, G3 b4 q6 z1 f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?
    9 q8 n) r7 K7 A2 r8 T# i" l  h: t! ?( ?; t2 Q+ |
    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。
    $ C& y% [4 L, \" J8 Q7 r9 X% R, K
    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!
    ! E, P% Q4 U- W) B- B% b) ?, C9 C9 Y- H- h: l9 Y
    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。
    * S# d, f0 T$ h0 _+ K
      I5 Q7 \& J" m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。
    / |8 Z: K, Y4 V) k/ ?) s; R& j$ P) s/ w( Y+ V# r
    说些个大家可能百度不到的。  z+ v1 w. p2 o

    4 t( h3 d0 p. f/ b# ], r2 q; y: I===前方高能===6 t. T. j5 g6 C) T# ?; o) k

    % A2 a, F1 @+ _. v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。
    9 ?6 P4 r8 c/ x2 I' J, k! q% s9 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。4 T5 e+ }1 M) j9 h5 {; e

    # T$ E# C4 U! T) o9 U$ Z& ]  L5 t6 ^0 ~5 w6 z' G
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    ' j. A2 Q9 w: ~. j( @1 X; h7 ]/ G9 a# f: K; Z! E
    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!
    3 d. R! x( E( ^% H7 A6 Q5 P; ]5 e- E$ [  |- B
    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 e8 \; u2 v* W/ x- I" Z( G% W1 w
    0 p1 B$ U  ~6 c) O) 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。
    5 n0 X: ?3 S, {) Z! E; F; R1 [7 q/ ?1 [/ Z% s
    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。. h: Y8 N- A5 f5 L8 ]3 a" d
    - u6 \* L# s# }& C4 S+ @2 D0 [
    1986年,十的负十四次方。
    5 ]* k6 I- B2 e# g6 ~/ n* B( }& p+ Y" F& O
    2003年,十的负十五次方。
    * @: ^/ ~# r6 L5 G/ c) h. E
    " ]8 e3 }' |( ^2017年,十的负十六次方。
    & n  N; W- `( C9 a, ^7 i  m7 h1 \( n9 K6 m" Y4 ~, U+ \+ y* 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。$ T2 s  p; T& K/ M4 e- Z5 s

    0 X8 T% S" J, S& K3 d。。。9 R/ K% W. |( r1 o
    7 {4 _% `6 _$ k: u2 Z  T4 |0 B
    7 v1 c- H( q# S
    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。
    % M7 S6 B4 x; J: ^( x# @( r, p0 ~8 W2 j
      _0 d# l. P) m0 a9 Q7 h% x
    : V. v6 \" R* R, O7 `8 h5 ]

    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
    22 小时前
  • 签到天数: 2603 天

    [LV.Master]无

    发表于 2020-7-22 21:54:56 | 显示全部楼层
    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。
    ( j1 T& `* t1 U, ?0 k; 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
    16 小时前
  • 签到天数: 2539 天

    [LV.Master]无

    发表于 2020-7-22 21:55:25 | 显示全部楼层
    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

    发表于 2020-7-23 07:53:34 | 显示全部楼层
    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

    发表于 2020-7-23 08:17:06 | 显示全部楼层
    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: 556 天

    [LV.9]渡劫

    发表于 2020-7-23 08:47:43 | 显示全部楼层
    本帖最后由 忧郁金桥 于 2020-7-23 08:49 编辑 / l$ h0 Z& I& X- l

    ( r3 H# j) Q, d8 [+ K; d' ~  E群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    ) B- G* p9 g0 o8 Q看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。2 }- Z5 R  X8 `$ U; y8 ^
    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
    22 小时前
  • 签到天数: 3039 天

    [LV.Master]无

    发表于 2020-7-23 10:41:50 | 显示全部楼层
    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

    发表于 2020-7-23 18:45:06 | 显示全部楼层
    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
    22 小时前
  • 签到天数: 2603 天

    [LV.Master]无

    发表于 2020-7-23 22:56:13 | 显示全部楼层
    radioradio 发表于 2020-7-23 18:45
    ) W+ j2 ?$ o9 q6 n( B  o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

    5 g4 h  q& Y: w+ A* Y5 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。
      `8 ~7 f4 ?" K" L3 G$ K2 K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

    发表于 2020-7-25 13:35:00 | 显示全部楼层
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:56
    # K7 v5 s$ }( s$ v" s; ]5 Y, Q$ k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。
    0 k# {) D3 r/ a他 ...
    - p/ T' p/ n1 i5 k/ f1 x
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好/ z  }( _2 c, h' F# 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
    22 小时前
  • 签到天数: 2603 天

    [LV.Master]无

    发表于 2020-7-25 22:56:14 | 显示全部楼层
    radioradio 发表于 2020-7-25 13:35
    : \; T' E# }0 e$ W2 H6 x6 H" m短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好& k9 D/ \# L+ Q; {8 b
    5071A好像这两年不好买了

    ! L/ L$ _+ J& I这个短稳长稳有出处嘛?- c9 z3 A: H9 U+ g; G
    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~~
    : `1 q0 n0 o1 R. F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

    发表于 2020-7-26 12:48:09 | 显示全部楼层
    红茶冰 发表于 2020-7-25 22:56
    : O5 c6 O* g& G* t这个短稳长稳有出处嘛?! B. c7 o7 z5 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 ...

    / c( W$ w' \# M" P; ^+ F
    5 H+ g2 i( S+ y* A1 k, ?% A7 Q) n6 o7 s/ U, ~
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    + Z! c. K: J# U; B" V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
    21 小时前
  • 签到天数: 3005 天

    [LV.Master]无

    发表于 2020-7-27 03:01:53 | 显示全部楼层
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:56
    . {) ~' i% O% f9 d6 \6 ?# x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。' z9 r- ^1 N) {" y/ c
    他 ...
    - Z3 @- E/ F" g6 n, A6 L6 g
    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
    22 小时前
  • 签到天数: 2603 天

    [LV.Master]无

    发表于 2020-7-27 03:35:13 | 显示全部楼层
    radioradio 发表于 2020-7-26 12:486 S3 B7 p4 M7 g/ F/ S7 f
    没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    ) G  [  T4 a( z( y/ h2 `; K这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    - d6 [* Z6 b5 L& l2 x
    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。- G3 I6 w1 {2 h
    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。) S# K) f3 k& Q9 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

    发表于 2020-7-27 11:33:16 | 显示全部楼层
    红茶冰 发表于 2020-7-27 03:35
    ; O9 n3 k7 }0 Q. M2 m4 R! T, 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。9 |& y% A4 v0 S6 ], f2 ]
    冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    2 W' o" C. Q/ `0 z- ~0 X+ R4 p可能高端的铯钟做的更好一些吧3 o+ F9 `$ S7 B8 d
    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8 J+ [5 B$ _! `/ O  l; e
    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

    发表于 2020-7-27 11:34:00 | 显示全部楼层
    北京阿新 发表于 2020-7-27 03:012 T5 Z+ j( F! s" w5 o, D+ _' Y8 ^
    安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    $ F# i; P* m" ~6 _- l: u/ c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

    发表于 2020-7-28 00:56:08 | 显示全部楼层
    radioradio 发表于 2020-7-27 11:33) @3 _' _& {4 b$ g6 Q
    可能高端的铯钟做的更好一些吧
    ! p' J  C: f) @& |; 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" ?4 L/ ^$ A# B" R3 T$ K
    时间基准据说 ...
    " W9 o/ {$ |3 W0 M" J/ p
    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

    发表于 2020-7-28 09:50:08 | 显示全部楼层
    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

    发表于 2020-7-28 10:29:35 | 显示全部楼层
    陈王奋起挥黄钺 发表于 2020-7-28 00:56$ S: k9 c/ n; D2 E6 z
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    & @( k; |% c1 U) S; ]9 X( c
    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
    / B; k9 T+ c% s8 ^
    ( l; a$ y' O( i# w* p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

    发表于 2020-7-28 11:41:34 | 显示全部楼层
    radioradio 发表于 2020-7-28 10:29
    : t0 o/ H. I2 T* O# B7 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 ...

    " x8 U+ l+ {5 N8 b% e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, 2024-3-28 22:41 , Processed in 0.043058 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