中国冷原子钟将太空计时精度提高1个数量级以上


 发布时间:2021-05-10 18:26:44

中新社四川西昌11月6日电题:“精度+稳度”中国卫星再升级中新社记者张素中国独立自主研制的北斗三号组网卫星首发星5日夜在西昌卫星发射中心腾空而起。记者采访相关专家,解读最新“上岗”的北斗三号组网卫星的两大“绝活”。精度:与第三代GPS导航卫星看齐中国第一、二颗北斗三号组网卫星由中

这是基于冷原子的空间量子传感器领域发展的一个重要里程碑,为空间超高精度时间频率基准的重大需求以及未来空间基础物理前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。该成果也于7月24日作为亮点文章在线发表在国际重要学术期刊《自然·通讯》上。2016年9月,天宫二号空间实验室成功发射并顺利进入运行轨道。由中国科学院牵头负责的载人航天工程空间应用系统在天宫二号上开展了14项体现国际科学前沿和高技术发展方向的空间科学与应用任务,其中包括世界首台太空运行的冷原子钟。冷原子钟是把原子某两个能级之间的跃迁信号作为参考频率输出信号的高精度时钟,同时利用激光使原子温度降至绝对零度附近,使原子能级跃迁频率受到更小的外界干扰,从而实现更高精度。在微重力环境下运行高精度原子钟则具有更重要意义,不仅可以对基本物理原理开展验证实验,也可发展更高精度的导航定位系统。吴月辉。

数学的威力有多大?国防科技大学理学院用实践给出了最好的答案——他们创造性地运用一个个公式、算法、方程,破解制约部队战斗力提升的现实问题,推动了战斗力生成模式转变。一个公式改变了一支部队的执勤模式“雷达站为什么要建在偏远山区?”最初,当国防科大理学院数学教授提出这个问题时,不免让人觉得有点“太业余”了。一般来说,担负测控任务的部队,运用的是“测距+测速”国际通用的测控方法,将雷达站建在大山中正是因为“测距”的需要。

由于我国在这方面起步较晚,定轨精度与国际先进水平相比还有差距。为改变这一现状,我国组织多领域专家经过10余年联合攻关,各分系统有关定轨精度的技术指标取得了重大突破。然而,当总体单位将各分系统“组合”起来进行整体试验时,却出现了令专家们惊诧的结果:精度与当初的设计要求相差甚远。问题出在哪里?参与联合攻关的该校理学院一位年轻博士突生灵感。经过连续几天的试验数据分析,他隐隐约约地发现:精度误差随着时间呈一定规律性变化。他像哥伦布发现新大陆一样兴奋,立即着手进行数据误差分析,并将时间处理程序嵌入到一个相关软件中,经过实验验证后,再用这个改进后的软件进行有关数据处理时,精度完全达到要求。研制单位大喜过望,按照他改造的这个软件,用来校准卫星时钟精度和进行卫星轨道参数处理,难题迎刃而解,精度被提升了一个量级。(王握文 徐莎)。

在微重力环境下,原子团可以做超慢速匀速直线运动,基于对这种运动的精细测量可以获得较地面上更加精密的原子谱线信息,从而可获得更高精度的原子钟信号,实现在地面上无法实现的性能,这是原子钟和时间基准发展历史上的重要突破。此外,利用激光冷却技术,原子气体被冷却至极低的温度,则极大地消除了原子热运动对原子钟性能的影响。“就像你坐在房间里,虽然看不见原子或分子,但里面的原子或分子都在运动,运动就会产生热,便是热原子。

有了这个基准,就可以把天上其他原子钟同步起来,让全球卫星导航系统具有更加精确和稳定的运行能力。此外,冷原子技术的发展还将大幅提高许多实验的精度,让原来不可能进行的实验成为可能。例如,开展深空导航定位。刘亮说,如果我们在太阳系中不受引力影响的拉格朗日点各放置一台冷原子钟,人类就可以超越近地范围、在太阳系这个更大的范围内实现准确定位,开展大尺度时空研究,包括广义相对论在大尺度情况下是否成立等。又如,空间冷原子干涉仪可以取代空间激光干涉仪,实现在轨引力波探测。

但在表演的背后,是张新停对精度的极致追求。作为中国兵器西北工业集团的钳工高级技师,张新停的工作就是制作测量工具,用来检测弹药生产过程中各个零部件的精度。在张新停的计量单位里,没有厘米,更没有毫米,只有千分之一毫米,相当于一根头发丝的六十分之一。在参加工作的20多年间,张新停做出了近万件构思精巧、形状各异的测量工具。他改进各种加工方法100余项,经济技术创新成果30余项,1项已获得国家专利。38岁时,张新停就获得了国务院政府特殊津贴。

为验证飞船快速轨道控制能力,飞船返回前的轨道维持采用一圈内两次变轨的控制模式。——伴星飞越观测及驻留轨道控制复杂。在组合体运行阶段,中心要控制伴星实现飞越观测组合体等试验;同时还要实现驻留点捕获、驻留点保持、驻留点转移等复杂类型控制,驻留及飞越轨道精度要求高。李剑说,此次任务还面临很多潜在风险:航天员在轨飞行长达30余天,要求地面飞控人员长时间值守,飞控软硬件系统高强度不间断工作,地面测控网全时段连续跟踪,对测控系统的稳定性和可靠性,以及各类应急情况下系统综合保障能力提出更高要求;飞船太阳帆板任意偏置角跟踪太阳功能验证、人机协同在轨维修、伴星释放及飞越探测等崭新的在轨试验对轨道控制精度、系统间协同配合、地面监视判断要求都很高。“挑战虽大,风险虽多,但我们从完善方案预案到关键技术攻关,从组织联调演练到强化岗位训练,均已做好准备。”李剑说。

新华社上海9月17日电(记者王琳琳)成功发射的天宫二号搭载了多种高精尖科学装备。其中,由中科院上海光机所研制的“定时神针”——空间冷原子钟,有望实现约3000万年误差1秒的超高精度,这将是国际上首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟,也是目前在空间运行的最高精度原子钟。人类社会发展离不开对时间的精确测量。之前,在太空中运行的原子钟都是热原子钟,精度最高对应300万年误差1秒。此次,由天宫二号搭载的空间冷原子钟将激光冷却技术送入太空,在空间微重力环境下,进一步使时间精度提升10倍,意味着这台钟运行3000万年才会有1秒的误差!如此精准的钟到底有什么作用呢?上海光机所中科院量子光学重点实验室主任刘亮介绍,在太空中,空间冷原子钟可以建立超高精度时间频率基准。

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