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中国精度,中国钟

时间:2018年07月10日 信息来源:中国空间技术研究院 点击: 字体:

铷钟作为导航卫星的频率基准,直接决定着导航卫星定位、测距、授时的准确性,是整个导航卫星的关键。伴随着第32颗北斗卫星成功发射,又一台“中国钟”飞赴太空,全力维护北斗系统的连续稳定运行。

中国空间技术研究院是导航卫星铷钟的诞生地、技术成熟地。在导航卫星铷钟的研制历程中,来自研究院所属的空间电子信息技术研究院、兰州空间技术物理研究所的研制队伍通力合作,以强有力的技术为支撑,为北斗导航卫星装上了强劲的“中国心”。

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▲孙家栋院士出席北斗二号铷钟物理部分工作汇报会

铷钟的研制历史,就是一段极具代表性的空间技术发展史。改革开放初期,我国的星载铷原子钟主要依靠进口,价格高达上百万美元一台。2004年,在我国宣布正式启动北斗导航项目后,美国立即宣布了对中国的禁运令。北斗总设计师、中国科学院院士孙家栋明确指出:“美国人不卖,欧洲人的东西又没有上过天,不能充分相信外国技术,中国人必须搞自己的钟。”面对困难,国人发出了坚定的声音。来自西安、兰州的航天人,联合向铷钟研制发起了冲击。

物理部分研制:国家急需 吾辈倾力

铷钟物理部分涉及原子物理、真空技术、光电技术、玻璃加工技术、热控技术、微波技术等多个学科技术,技术指标要求高,影响指标的因素多,机理复杂,成了铷钟攻关的重点之一。 国家急需之际,吾辈必将倾力。兰州空间技术物理研究所立足在真空低温、物理电子学和空间技术等领域具有雄厚的基础,结合北京大学长期积累的原子钟基本物理和关键技术攻关成果,开启了国产铷钟物理部分的研制攻关之旅。

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▲铷钟物理部分

科研工作人员将国家利益放在第一位,为了心中共同的梦想,不计个人得失,忘我工作,加班加点,赶时间、抢节点,解决了力学、真空、热和辐照等技术难题,于2005815日完成了鉴定件的交付,并在同年107日完成国产铷钟物理部分鉴定件研制总结暨转正样设计评审。

回首那段自主创新的“拓荒”之路,研究所研制人员感慨良多,为解决铷泡研制难题,科研人员攻坚克难,经过无数次的调试、测试,完成了全金属铷泡充制机的设计并投产使用;为实现铷钟物理部分的长寿命指标,在国内率先使用了抗碱玻璃制作铷灯泡,并开展了长达7年的铷量消耗评价试验,取得了瞩目的成果。第一代铷泡研制人员刘苏民技师在回忆中说道,他将毕生所学用到了铷泡技术的研制中,成绩的取得并非一蹴而就,其背后是不断的积累和不懈的创新。

工程化应用:全面替代进口产品

作为铷钟研制的抓总单位,中国空间技术研究院所属空间电子信息技术研究院的设计师们将目光着眼于铷钟的工程化应用问题。早在“九五”期间,从导航卫星应用需求的层面来考虑,国家就将研制属于自己的导航卫星铷钟列入目标和计划。经过两年的攻关,空间电子信息技术研究院实现了国内导航卫星铷钟原理样机研制“零”的突破,为导航卫星铷钟的工程化应用打下了牢固的技术基础。

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▲北斗二号卫星副总师刘波与研制人员进行技术讨论

有了原理样机的良好开端,设计人员不断完善热控设计并改进电路设计,同时进行了相应的电磁兼容和力学试验,铷钟的成熟性和稳定性得到进一步完善。

200699日,对铷钟团队是个有特殊意义的节日,他们又开创了一项中国人的“第一”,搭载于育种卫星上的铷钟成功开机,铷钟在失重条件下正常工作,我国第一台自主研发的星载铷钟在轨运行正常,标志着我国具备了独立自主进行星上铷钟研发的能力。

2007414日,北斗二号卫星飞行试验星成功发射。卫星搭载了中国空间技术研究院抓总研制的两台铷钟,并作为主钟使用,且在轨表现良好。

在随后发射的系列导航卫星中,铷钟研制团队不断完善技术指标和铷钟的稳定度。2012年,在北斗二号一期发射的最后三颗卫星中,改变了以往的国产化铷钟为主钟、进口铷钟为备份的搭配模式,国产化铷钟完全取代了进口铷钟,导航卫星全部装上了国产化铷钟。

从“九五”期间先期攻关开始,到2012年北斗二号区域系统组建完成,再到补网卫星发射。十余年间,空间电子信息技术研究院铷钟研制团队艰辛跋涉,锲而不舍,先后交付30余台正样星载铷钟,成功为北斗导航系统打造了“中国心”。从进口钟到中国钟,从试验星到区域组网,北斗二号工程经过连续不断的建设,在太空中布下了中国人自己的导航系统,彰显了伟大祖国腾飞路上的中国坐标。





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