三千萬年誤差1秒 銣原子鐘就這么神

三千萬年誤差1秒 銣原子鐘就這么神

最近，中國(guó)航天科工集團(tuán)二院203所主導(dǎo)研發(fā)了一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超薄銣原子鐘，目前已完成研制并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。消息傳出，不少小伙伴產(chǎn)生好奇：原子鐘是什么鐘？

日常生活中使用的鐘表，哪怕走得再準(zhǔn)，一年下來也會(huì)有幾十秒的誤差。同樣是計(jì)時(shí)，原子鐘的精度則不可同日而語。目前用于原子鐘的元素包括氫、銫、銣等，精度最高的原子鐘，大約每3000萬年的誤差僅1秒。也就是說，哪怕從恐龍滅絕時(shí)走到現(xiàn)在，它的誤差也不過兩三秒。其中，銣鐘是應(yīng)用最為廣泛的原子鐘，其體積小、成本低、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性好，可大量應(yīng)用于武器裝備、電信、電力等行業(yè)。

此次203所研制的超薄銣鐘，專為板卡用途設(shè)計(jì)?？萍既?qǐng)?bào)記者從該所了解到，目前許多設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)，都采用標(biāo)準(zhǔn)化的插卡方式，這種模塊化設(shè)計(jì)便于功能擴(kuò)展及硬件更換維修，已應(yīng)用于各行各業(yè)。

既然叫“板”卡，可想而知它不會(huì)太厚。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前的板卡厚度大多為2厘米。2015年203所曾研發(fā)一款高抗振小型銣鐘，大小相當(dāng)于一個(gè)手掌，但厚度接近4厘米。而超薄銣鐘長(zhǎng)、寬僅7.6厘米，厚度更是壓縮到1.7厘米，完全符合板卡使用要求。

但要做到超薄，還要符合性能要求并非易事。超薄銣鐘內(nèi)部有個(gè)量子系統(tǒng)，是一個(gè)物理部件，它的大小和性能指標(biāo)存在一定的沖突關(guān)系。要在減小體積的同時(shí)避免性能損失，需要攻克一系列關(guān)鍵技術(shù)。

同時(shí)，銣鐘內(nèi)部部件工作溫度從80多攝氏度到120多攝氏度，將這些高溫部件集成在那么小的空間，相互之間難免造成影響，從而影響產(chǎn)品的指標(biāo)和可靠性，這對(duì)熱設(shè)計(jì)等技術(shù)也帶來很高要求。

成功克服多項(xiàng)難題后研制的超薄銣鐘產(chǎn)品，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際頂尖水平。例如其內(nèi)置1PPS馴服功能，可以接收任意導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)，達(dá)到頻率校準(zhǔn)的目的。也就是說，只要天上的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)能被產(chǎn)品接收機(jī)接收，它就能達(dá)到導(dǎo)航衛(wèi)星的時(shí)間精度，即20納秒左右量級(jí)。

即使失去導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，超薄銣鐘也會(huì)自動(dòng)進(jìn)入保持狀態(tài)。保持時(shí)間精度取決于頻率穩(wěn)定性和漂移率，而該產(chǎn)品可以在數(shù)天內(nèi)保持微秒量級(jí)守時(shí)精度。能穩(wěn)定地保持時(shí)間，正是原子鐘存在的意義。

原子鐘的應(yīng)用，如今已滲透到各個(gè)領(lǐng)域。

電影里，特警們開展行動(dòng)前，總會(huì)表情嚴(yán)肅地湊到一起，伸出手腕對(duì)表，以便統(tǒng)一行動(dòng)。但在戰(zhàn)爭(zhēng)中，各個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)怎樣“對(duì)表”？就得靠原子鐘了。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，精準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)成為網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)的關(guān)鍵，一旦時(shí)間被打亂，整個(gè)指揮系統(tǒng)、武器系統(tǒng)將面臨癱瘓。

生活中同樣離不開原子鐘。例如在通訊領(lǐng)域，通訊基站對(duì)時(shí)間同步有很大需求，在即將來臨的5G時(shí)代，這一要求將更加嚴(yán)格。在金融領(lǐng)域，原子鐘是保證金融網(wǎng)絡(luò)時(shí)間一致性的核心設(shè)備之一，如果股票操作產(chǎn)生時(shí)間差，可能有人借機(jī)進(jìn)行違規(guī)交易。此外在電力、交通等行業(yè)，原子鐘的作用也日益凸顯。

目前這款超薄銣鐘，基本已將銣鐘產(chǎn)品的尺寸做到了極致。據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人透露，203所正在研發(fā)具有全新機(jī)制的芯片原子鐘，其尺寸更小、功耗更低?，F(xiàn)在該所已制成工程樣機(jī)，計(jì)劃于2019年進(jìn)行量產(chǎn)。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。