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时间守护者丨北斗导航卫星再升空,这项技术功不可没

发稿时间:2018-02-13 17:49:00 作者:张潼 吴巍 来源: 中国青年网

  中国青年网北京2月13日电(记者 张潼 通讯员 吴巍) 2018年2月12日, 西昌卫星发射中心。

  隆隆的巨响中,长征三号乙火箭携带北斗三号第5颗、第6颗导航卫星冲入苍穹,成功将北斗“双子”送入预定轨道。

  到2020年,我国将完成30多颗组网卫星发射。届时,北斗全球导航系统将实现全球服务能力。

  作为与美国GPS、欧洲伽利略GALILEO、俄罗斯格洛纳斯GLONASS相媲美的卫星导航系统,北斗卫星的精准导航魔力源于何处?

  这不得不说到北斗卫星上的这项科技成果——原子钟。

 

  我国在西昌卫星发射中心以“一箭双星”方式成功发射两颗北斗导航卫星,这是北斗三号工程第三次全球组网卫星发射。资料图

  导航卫星的心脏

  原子钟,这种精度可以达到每2000万年才误差1秒的时间计时工具,是卫星导航定位系统名副其实的心脏。

  作为全球导航卫星的组成部分,原子钟一直为卫星系统提供高稳定的时间频率基准信号,决定了导航系统的导航定位、测速及授时的精度,是一个国家能否具备独立发展导航系统能力的核心技术之一。

  自我国开始研发北斗卫星导航定位系统,这个“时间守护者”的任务就落到了中国航天科工二院203所(下称203所)的研究人员身上。

 

  星载原子钟主要分为氢原子钟、铷原子钟和铯原子钟三种。

  李春景曾是北斗三号导航卫星重大专项高精度星载铷原子钟项目的负责人。此次北斗三号第5颗、第6颗导航卫星上,搭载的正是星载铷原子钟。

  这个专业全国研究人员不过几十人,却支撑着我国自主全球导航系统走入高性能系统行列的梦想。

 

  李春景作为中国航天科工集团二院203所原子频率标准研究室副主任,曾负责北斗三号导航卫星重大专项高精度星载铷原子钟的研制。航天科工二院203所供图

  时间守护者

  当梦想落地,这个从开始立项就瞄准打破国外垄断、步入世界前列的重点任务,着实给了研究团队一个实在的下马威。

  难题前所未有,更没有经验可借鉴。

  最初,由于铷原子钟制作工艺和调试工艺的不成熟,导致频率准确度波动较大,超过了导航系统的容忍极限。

  怎么办?

  李春景与团队对铷钟设计进行了彻底的剖析,大胆推翻之前的设计,重头再来。

  大量的分析和计算,无数的试验分析和验证,终于使星载铷原子钟于2007年4月跟随我国首颗北斗二代试验卫星一次发射成功。

 

星载铷原子钟。航天科工二院203所供图

  “铷原子钟在轨运行过程中会受到卫星轨道环境温度波动影响,将会直接影响导航系统定位精度。所以要让原子钟对温度变化的敏感度降低。要控温,必须了解钟的全部特性,摸清它的‘脾气’,需要有足够经验的设计师亲自‘操刀’调试。”现任铷原子钟项目负责人杨同敏如是说。

  调试过程中,设计师掌握的技术细节越多,产品质量越好。毕竟,原子钟一旦上天,加电运行就直到它“寿终”。因此,星载铷原子钟的每个参数,都要在真空环境下的精确调试,做到绝对可靠。

  “原子钟比瑞士的钟表更加精细,是当之无愧的高科技含量的工艺精品,需要具有工匠精神的工程师精心打造。”李春景这样说道。

  忘记时间的人

  天天与时间打交道,203所的铷原子钟研究人员却成了“忘记时间的人”。

  理头绪,做实验,数不清多少个寄予期望的开头,也记不住多少个没有结果的结尾,但产品交付进度节点必须保证。

  日夜兼程的调试,大家就像上了发条的钟一样不知疲惫。

  有时走出办公室,早已满天星斗。

  李春景对自己团队的经历如数家珍:“为了搞定技术难题,团队白天黑夜连轴转进行实验、验证;环境试验时,团队成员多班倒,进行日夜守护和记录数据。做梦经常会梦到原子钟联调的情景,如何接线、如何搭电路,甚至示波器上如何显示,如同真实的工作场景一般。有时,技术人员一觉醒来,立马翻身下了行军床,赶紧将梦中的情境付诸现实,困扰多日的问题终于解决了。”

 

李春景与铷原子钟团队。航天科工二院203所供图

  铷原子钟项目负责人杨同敏,为了加班方便,一家三口从长阳新房搬到了单位附近二十来平米简陋破旧的平房,一住就是好几年。别人问为他为什么,他的回答很简单:“住的近方便。”

  在原子钟研制团队中,几乎所有成员都有长期加班的经历,每个人都多多少少都有些经典的故事发生:有人把妻子不小心反锁在洗手间,有人忘了孩子看病的时间,有人约好的相亲由于加班被推掉,有人抢时间避堵车练成了长跑健将……

  靠着无私奉献的航天精神,研究人员克服了工作和生活中一个又一个的困难。

  2017年1月8日,2016年度国家科学技术奖励大会上,中国航天科工二院203所成为本次国家科技进步奖特等奖获奖单位之一。

  如今,相比北斗一期、二期工程中采用的铷原子钟。本次发射的北斗三号导航卫星上装载的新一代高精度铷原子钟,体积更小,重量更轻,在技术性能上更获得大幅提升。

  这不仅标志着我国已经完全掌握了星载原子钟的研制技术,摆脱了国外导航原子钟的束缚,也标志着我国已经成为完全自主建立导航定位系统的国家。

责任编辑:杨晓霖
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