最近,中國航天科工集團(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),一年下來也會有幾十秒的誤差。同樣是計(jì)時,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)??萍既請?bào)記者從該所了解到,目前許多設(shè)備在設(shè)計(jì)時,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)于一個手掌,但厚度接近4厘米。而超薄銣鐘長、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)部有個量子系統(tǒng),是一個物理部件,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避免性能損失,需要攻克一系列關(guān)鍵技術(shù)。
同時,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,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)星的時間精度,即20納秒左右量級。
即使失去導(dǎo)航衛(wèi)星信號,超薄銣鐘也會自動進(jìn)入保持狀態(tài)。保持時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)保持微秒量級守時精度。能穩(wěn)定地保持時間,正是原子鐘存在的意義。
原子鐘的應(yīng)用,如今已滲透到各個領(lǐng)域。
電影里,特警們開展行動前,總會表情嚴(yán)肅地湊到一起,伸出手腕對表,以便統(tǒng)一行動。但在戰(zhàn)爭中,各個作戰(zhàn)系統(tǒng)怎樣“對表”?就得靠原子鐘了。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展,精準(zhǔn)的時間系統(tǒng)成為網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)的關(guān)鍵,一旦時間被打亂,整個指揮系統(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,通訊基站對時間同步有很大需求,在即將來臨的5G時代,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)時間一致性的核心設(shè)備之一,如果股票操作產(chǎn)生時間差,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)。
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