生活中我們常以分秒來(lái)計時(shí)，而在當今的太空探測、通信導航、天文觀(guān)測、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，卻越來(lái)越需要更精密的時(shí)間測量，時(shí)間常常被準確到萬(wàn)分之一秒，甚至百萬(wàn)分之一秒，為了達到這一要求，許多精密的計時(shí)器誕生了，原子鐘就是其中之一。

　　原子鐘是利用原子在不同能級（數值高度確定）吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波的頻率的周期作為計時(shí)單位的。由于這種電磁波產(chǎn)生于原子內部微觀(guān)運動(dòng)其頻率屬于自然頻率，所以非常穩定。

　　由于原子鐘涉及量子力學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)、熱學(xué)、真空物理、電子學(xué)等多學(xué)科，是一個(gè)高精度、多交叉學(xué)科產(chǎn)物，研制難度很大。相較于我們的手表幾天就會(huì )同標準時(shí)間相差一秒，原子鐘要求指標高，其準確度在E的-12次方，穩定度要求在E的-14次方，如果扣除鐘漂移，至少上萬(wàn)年才會(huì )有一秒鐘差。除了指標，其可靠性要求更高，原子鐘一旦開(kāi)機就要連續運轉，這就意味著(zhù)工作到“壽終正寢”，中間不能出現任何問(wèn)題。

　　原子鐘的調試測試周期都很長(cháng)，尤其是在調試測量日頻率穩定度時(shí)，一改錐下去，打開(kāi)機蓋，就意味著(zhù)要等15天時(shí)間，才能準確評估這臺鐘是否達標，兩改錐就一個(gè)月出去了。這就意味著(zhù)，要花費大量的時(shí)間來(lái)進(jìn)行調試，這是一項對工程經(jīng)驗要求極高又極其耗費精力、時(shí)間的心血活兒，原子頻率標準研究室主任高連山介紹道。

星載氫鐘

　　航天科工203所是國內唯一一家同時(shí)具有氫鐘、銣鐘、銫鐘生產(chǎn)能力的研制單位，銣原子鐘具有體積小重量輕、功耗低、技術(shù)難度相對較低、可靠性高等優(yōu)勢，被全球四大導航系統普遍采用，但其長(cháng)期穩定度和漂移率指標相對較差。被動(dòng)型氫原子鐘體積、重量和功耗相對較小，可搬運，因其獨有的選態(tài)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(xiàn)，其穩定度指標相比銣鐘、銫鐘都是最優(yōu)。其漂移率雖不及優(yōu)選型銫原子鐘，但可保障導航系統長(cháng)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。銫原子鐘的最大優(yōu)勢是低漂移特性，主要用于導航衛星的長(cháng)期自主守時(shí)，可滿(mǎn)足非常時(shí)期的應用需求，但銫原子鐘的幾項關(guān)鍵技術(shù)，目前國際上僅有美國掌握。

　　在當前全球四大衛星導航系統中，美國GPS采用了銫原子鐘和銣原子鐘結合的方式。歐盟的伽利略、俄羅斯的三代格洛納斯以及我國正在建設的北斗三號，均采用銣原子鐘和被動(dòng)型氫原子鐘相結合的授時(shí)方式。我國北斗采用了三種軌道，MEO，GEO，IGSO，更具特色，不僅有助于在中國國土面積內更好地對北斗進(jìn)行控制，還具備了獨有的短報文服務(wù)。

　　由導航衛星搭建的星地坐標系中，每個(gè)星座都有自己的坐標信息，通過(guò)測量我們與星座間的距離，就能解算出我們在該坐標系的位置。在光速已知的前提下，時(shí)間測量越精密，位置解算就越精確。在衛星導航系統中，1納秒的時(shí)間測量誤差將會(huì )引起0.3米的測距誤差，因此時(shí)間的精密測量決定著(zhù)導航定位精度。如果沒(méi)有高精度時(shí)間測量神器原子鐘，就無(wú)法實(shí)現準確導航。原子鐘是整個(gè)導航的核心，沒(méi)有原子鐘就沒(méi)有導航。氫鐘團隊骨干王文明博士介紹道。

　　導航衛星一般由20余顆組成，每顆衛星都搭載著(zhù)一組原子鐘，原子鐘的體積小、重量輕、功耗小，為了提高鐘組可靠性，一般采用1臺主鐘加備份鐘的方案，一旦工作異常，鐘組無(wú)損切換，同時(shí)，原子鐘的時(shí)間同地面的標準時(shí)間還要定期進(jìn)行校對，每經(jīng)過(guò)地面站的時(shí)候都會(huì )進(jìn)行校對，以確保原子鐘的準確度。上述機制保障長(cháng)期連續可靠的保持著(zhù)高精度的星上時(shí)間。  

　　北斗導航系統全國產(chǎn)化星載原子鐘的批量搭載，標志著(zhù)我國原子鐘發(fā)展已經(jīng)擺脫了國外技術(shù)封鎖，并實(shí)現了從跟跑到并駕齊驅的跨越，目前我國正著(zhù)力研制新一代更高性能水平原子鐘，以期達到國際一流水準。

星載銣鐘

地面守時(shí)氫鐘