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天宫二号上实验的冷原子钟技术明年有望在北斗上应用

时间:2019-08-17

央广网北京8月17日消息(记者张棉棉 韩民权)据中央广播电视总台中国之声《新闻晚高峰》报道,随着日前天宫二号任务圆满完成、顺利陨落,伴随它一起上天的多个试验项目也频传捷报。中国科学院上海光学精密机械研究所研究员、空间冷原子钟分系统主任设计师刘亮接受专访时称,在天宫二号上搭载的“冷原子钟”在天上运行三年,达到实验目的,传回大量数据。

冷原子钟是用激光把原子冷却到接近绝对零度。明年有望把这一技术应用在北斗上面,进一步提高我们的导航系统性能。接下来,在载人空间站上,将装配一套全新的“冷原子钟升级版”。原子钟究竟有哪些特殊作用?相比热原子钟,冷原子钟又有哪些独门秘籍?

很多人的一天是从手机铃声开始,我国有多少部手机呢?工信部数据显示,截至去年底,全国每人平均拥有1.12部手机。如果没有手机信号,我们似乎寸步难行,但是,大家或许没有想到,来自地面基站的手机信号,是由原子钟技术保驾护航的。成都天奥电子股份有限公司就是研发原子钟技术的公司,总经理郑世兴介绍,现在已经应用的大多是铷原子钟,叫“钟”,却不是钟,而是一种统一时间的技术,基站和基站之间也需要统一时间,否则,手机就不能收到准确的信号。“它是一种很精密的时间发生器。”

铷原子钟技术最早是从航天中开始应用,今天这一技术早已实现全部自主可控,在天宫二号载人航天任务中,对已经上天的火箭、卫星或者轨道舱进行测控,需要高精度的时间同步设备,铷原子钟就是时间同步设备的核心部件。有了它,就像风筝有了线。“如果我们用铷原子钟来作为时间的话,3000年不差一秒。”郑世兴说。

3000年不差一秒?或许大家会认为这已经相当准确,但事实上,这只是热原子钟的标准,在天宫二号上搭载的冷原子钟,做到了3000万年误差不超过1秒,将飞行器自主守时精度提高了1到2个数量级。

冷原子钟的“冷”指的是接近零下273.15摄氏度的温度,达10的负6次方K,这个温度还有一个学名――绝对零度,意味着在这个温度下所有物质都不会再运动,对这些几乎不动的原子进行测量,结果自然更加精准。近年来,空间冷原子钟的研制成为各国竞争的焦点,但如何将冷原子钟送上太空是过去20年来国际同行一直没有攻克的难关!刘亮说,目前应用于空间的热原子钟性能已接近极限,制约了导航定位系统性能的进一步提高。如今,我们经过多年攻关,终于突破了热原子钟的局限。他介绍:“天上有冷原子钟我们可以做很多事情,比如可以提高导航定位的精度、进行深空探测、进行一些更加基础的物理问题的研究。”

冷原子钟在天上陪伴天宫二号飞行了三年,三年来积累了大量数据。刘亮介绍,冷原子钟技术已经得到验证:“我们冷原子钟是世界上第一个在天上运行的冷原子钟,而且我们运行了接近三年,没有出任何问题。”

技术得到验证后,“冷原子钟”就该正式在生活中登场了。刘亮透露,明年有望把冷原子钟应用在北斗导航之上,让北斗卫星的导航精准度再上新台阶,2022年时,当载人空间站发射时,冷原子钟的升级版――全新原子钟系统也将一起奔赴太空。

刘亮说:“明年北斗的时间系统可能会有冷原子钟,也将是导航系统中的最高精度的原子钟,把我们导航系统技能更加提高,2022年,我们会在发射空间站时携带一套空间的超冷原子物理装置,比冷原子钟还要冷的一个装置,非常冷,到10的负12次方K的温度。我们第三个装置,也会在空间站上再带一台冷原子钟,里面还将包括光钟、氢钟等其他原子钟,组成一个新的系统,也就是说,那时我们的空间站就会有一个更高精度的原子钟系统。”

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