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，中國航天科工集團二院203所主導研發(fā)了一款擁有自主知識產(chǎn)權的超薄銣原子鐘，目前已完成研制并實現(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，一年下來也會有幾十秒的誤差。同樣是計時，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)境適應性好，可大量應用于武器裝備、電信、電力等行業(yè)。

此次203所研制的超薄銣鐘，專為板卡用途設計?？萍既請笥浾邚脑撍私獾剑壳霸S多設備在設計時，都采用標準化的插卡方式，這種模塊化設計便于功能擴展及硬件更換維修，已應用于各行各業(yè)。

既然叫“板”卡，可想而知它不會太厚。按照行業(yè)標準，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存在一定的沖突關系。要在減小體積的同時避免性能損失，需要攻克一系列關鍵技術。

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)品的指標和可靠性，這對熱設計等技術也帶來很高要求。

成功克服多項難題后研制的超薄銣鐘產(chǎn)品，技術指標達到了國際頂尖水平。例如其內(nèi)置1PPS馴服功能，可以接收任意導航衛(wèi)星的信號，達到頻率校準的目的。也就是說，只要天上的導航衛(wèi)星信號能被產(chǎn)品接收機接收，它就能達到導航衛(wèi)星的時間精度，即20納秒左右量級。

即使失去導航衛(wèi)星信號，超薄銣鐘也會自動進入保持狀態(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。

原子鐘的應用，如今已滲透到各個領域。

電影里，特警們開展行動前，總會表情嚴肅地湊到一起，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，精準的時間系統(tǒng)成為網(wǎng)絡作戰(zhàn)的關鍵，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，這一要求將更加嚴格。在金融領域，原子鐘是保證金融網(wǎng)絡時間一致性的核心設備之一，如果股票操作產(chǎn)生時間差，可能有人借機進行違規(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)該項目負責人透露，203所正在研發(fā)具有全新機制的芯片原子鐘，其尺寸更小、功耗更低。現(xiàn)在該所已制成工程樣機，計劃于2019年進行量產(chǎn)。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。