导航卫星的星载原子钟是什么东东？

所谓原子钟，就是利用氢、铷、铯等原子的稳定振荡频率制成的极精密的计时器。

世界上最精确的钟表是名为NISTF-1的原子钟，现在被放置在美国国家标准和技术研究所物理实验室里。

它既没有指针也没有齿轮，也不直接显示钟点。它的任务是提供“秒”这个时间单位的准确计量。在2000万年内，它既不会少1秒，也不会多1秒。原子钟发展到今天已经在导航定位、通信、计量、物理定律验证等领域已有着极为广泛的应用。以导航定位为例：利用现代卫星手段进行距离测量时，由于包含“卫星时钟与接收机时钟同步误差”因素，习惯上将测得的距离称作“伪距”(伪距=时间×光速)。换句话说，时间决定空间，时间信息越精确，空间信息也就越精确。这就对星载原子钟提出了很高的要求。

星载原子钟是导航卫星的核心部件之一，目前美国GPS和俄罗斯的Glonass系统的星载原子钟，全部采用两种传统原子钟——谱灯光抽运Rb原子钟和磁选态Cs原子钟，在新建卫星导航定位系统中，如中国的“北斗”，欧盟的“Galileo”，也都首选传统的Rb原子钟（从精度来看Cs种最好，但铷钟的体积最小）作为星载钟。这两种传统星载原子钟现已实现3×10-12τ-1/2的稳定度。

图是星载原子钟

而我国时频产业发展时间较短，基础相对薄弱，授时应用长期依赖GPS，中高端时间频率产品（如：原子钟、高稳晶振）大量依赖进口，受制于人，存在极大的安全风险。笔者4年前有幸在西安国家天文台看到一台铯原子钟，精度出于保密就不说了，不仅价格昂贵，而且来源非常受限。好在2000年以后，我国认识到独立自主时频体系的重要性，决定建立以北斗授时为主的国家时频体系，同时以中科院上海某所、航天某所、中电某所等为代表中高端时频产品研制单位频获技术突破。目前我国的北斗卫星已经完全使用国产的星载原子钟，运行稳定良好。

说到北斗卫星导航系统，它是我们独立自主建设的全球卫星导航系统，目前组网卫星已达20颗，可以覆盖亚太地区，且全球组网卫星已经发射，第一颗全球组网卫星使用的星载院子钟就是由中电某所研制生产。

然而随着科技的不断发展和精度需求的日益提高，传统的原子钟精度已经无法得到本质的提高，那近年来，随着激光冷却与囚禁原子的技术的发展，以及新物理原理的应用，新型原子钟技术的发展十分迅速，一方面人们在探索性能更高的标准，另一方面努力寻求小型化的新途径。因此，为了满足高性能卫星导航定位系统的发展，与这些系统有关的国家都纷纷实施研制开发新型星载原子钟计划。笔者在此也祝愿我们的科技工作者能够乘风破浪，在星载原子钟领域实现国际领先！