□王文明操春燕本報記者王惜純

　　2015年9月30日7時13分，航太科工集團二院203所（以下簡稱203所）研製的星載氫原子鐘跟隨第4顆新一代北斗導航衛星，在西昌衛星發射中心成功發射。據悉，這是自2000年我國發射北斗導航衛星以來，首次搭載氫原子鐘。此次衛星入軌後，將開展星載氫原子鐘、星間鏈路、新型導航信號體制等試驗驗證工作，並適時入網提供服務。

　　原子鐘是北斗導航衛星的最關鍵載荷之一，是時頻分系統的心臟，決定導航系統導航定位、測速及授時精度，是一個國家能否具備獨立發展導航系統能力的核心標誌之一。在軍事現代化的今天，一個國家導航衛星的研製水準和能力，直接決定其戰時軍事應對能力。因為沒有準確的定位，就談不上精準地打擊，而這個精準定位的核心就是原子鐘。

　　據203所有關技術專家介紹，在衛星導航系統中，1ns（納秒）的時間測量誤差，將會引起0.3m的測距誤差。因此，時間的精密測量，決定導航定位的精度。考慮到衛星星歷的不確定性、電離層傳輸延遲及定位誤差幾何分佈等諸多因素對時間測量精度的影響，衛星導航系統對原子鐘的性能指標就提出了更高的要求。

　　例如，新一代導航系統定位精度0.1m、授時精度0.3ns的設計要求，對原子鐘穩定度近乎苛刻，即秒穩優於1×10-12和日穩優於1×10-14。考慮到導航系統在非常時期應具備的自主導航能力，要求原子鐘的日漂移率優於5×10-15，以保障北斗導航系統擁有半年以上的自主導航能力，從而顯著降低北斗導航衛星系統全球應用時的校時壓力和對地面的依賴程度。要滿足上述諸多要求，研製高穩定高可靠高指標重量輕的原子鐘成為必然趨勢和要求，世界各國爭先恐後致力於不斷攻克相關技術難關，努力研製出更高指標的原子鐘，以領導航定位市場和提升軍事應用能力。

　　據悉，當前全球四大衛星導航系統中，美國GPS導航衛星採用了銫原子鐘和銣原子鐘結合的方式，歐盟Galileo導航衛星採用了銣原子鐘和被動型氫原子鐘結合的方式，俄羅斯Glonass-K 三代導航衛星也將採用銣原子鐘和被動型氫原子鐘結合的方式，我國新一代北斗導航衛星正在開展銣原子鐘和被動型氫原子鐘相結合的授時方式。

　　縱觀國內外導航衛星所配備原子鐘的方案不難發現，均使用兩種不同時域穩定度優勢互補的原子鐘來保證衛星的守時能力，且種類均為技術發展成熟的傳統3樣（氫、銣、銫）原子鐘。銣原子鐘具有體積小重量輕、功耗低、技術難度相對較低、可靠性高等優勢被全球四大導航系統普遍採用，但其長期穩定度和漂移率指標相對較差。新一代高精度銣原子鐘雖然滿足導航衛星在地面主控站不斷同步校準下的指標要求，但無法滿足導航系統中長期自主導航能力要求。銫原子鐘的最大優勢是低漂移特性，主要用於導航衛星的長期自主守時，可滿足非常時期的應用需求，但銫原子鐘的使用壽命短是致命的短板，幾項關鍵技術仍未徹底攻關，目前國際上僅有美國掌握其關鍵技術。

　　據專家介紹，氫原子鐘分為主動型和被動型兩種類型，主動型穩定度指標最優，但是體積較大；被動型體積、重量和功耗相對較小，可搬運，穩定度指標僅次於主動型。另外，被動型氫原子鐘因其獨有的選態組件和儲存泡結構特性，使得其可獲得較為理想的原子躍遷譜線，使其穩定度指標在傳統3樣中最優，當然研製難度也是傳統3樣中最高的。其漂移率雖不及優選型銫原子鐘，但可保障導航系統長達半年以上的自主導航能力，這使得氫鐘成為衛星導航中最具有競爭力的原子鐘。

　　實驗結果顯示，目前203所研製的星載氫原子鐘穩定度和漂移率等關鍵指標，均已達到國際一流水準。此次星載氫原子鐘在北斗導航系統的應用，可大幅提高導航精度、性能和自主維持能力，大幅降低北斗導航系統對地面的依賴程度，能夠自主導航180天，為北斗導航衛星的軍事應用提供重要保障。

　　根據北斗導航系統全球組網建設計劃，2018年其可為“一帶一路”沿線國家提供基礎服務，2020年左右將具備全球服務能力，這將成為我國自主建設、獨立運作，並與世界其他衛星導航系統相容共用，可在全球範圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、測速、授時服務，且獨具短報文通信能力特色的全球衛星導航定位系統。

　　專家分析稱，未來5年將成為新一代導航衛星的密集組網發射期，203所原子鐘研製團隊將迎來更多的機會和挑戰。