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被动型星载氢原子钟技术
成果信息
项目年度编号: 1700340363
限制使用: 国内
省市: 上海
中图分类号: TH714.14
成果类别: 应用技术
成果公布年份: 2016
关键词: 星载氢原子钟 真空吸附泵 电离源系统
成果简介: 中国科学院上海天文台在时间频率方面有良好的研究基础,上世纪60年代起即开始承担中国世界时的授时工作,70年代研制出中国首台地面应用型氢原子钟,获得国家科学大会奖,首台星载氢原子钟的成功研制是该单位在该领域的又一次突破。星载氢原子钟技术研究受中国科学院知识创新方向性项目和北斗重大专项关键技术攻关支持,应用于中国北斗导航二期工程,是新一代导航卫星三项关键技术之一。相比于北斗一期的星载铷原子钟,星载氢原子钟的应用将导航卫星时间基准性能提升了一个量级,为中国北斗系统精密定位及自主导航性能提升奠定了技术基础。该项目取得了如下主要成果:国际上首次采用了双频调制电路应用于氢钟,通过分时控制方式分别对微波腔和晶振进行闭环控制,解决了微波腔探测信号和原子跃迁探测信号之间相互影响的难题,使得星载氢原子钟长期稳定性、温度系数和漂移率达到国际水平;星载氢原子钟首次采用了自主研制的电极式微波腔,与传统的磁控管腔相比,具有重量轻、腔Q值高的优点,经过结构加强后非常适合航天应用,使得星载氢原子钟的原子跃迁信号强度达到国际水平,同时重量降低20%以上,通过精密恒温控制电路实现了微波腔老化漂移控制,有效延长了氢原子钟的使用寿命;针对氢原子钟电离源组件在卫星真空环境下,原子碰撞导致电离泡发热老化及电磁波透波效率降低问题,设计了新型电离源系统,成功突破电离源透波散热技术,有效实现了电磁波穿透、电离泡散热和结构加固一体化,为星载氢原子钟在真空下长期连续正常工作打下了基础;针对地面氢原子钟离子泵寿命受限,不能长时间工作的缺点,自主研制了高效真空吸附泵,其具有抽气量大、工作寿命长等优点,使星载氢原子钟的整机寿命达到了国际水平,保证了其在轨长期工作的能力;以航天应用为目标,开展了星载氢原子钟的结构优化设计,加强物理系统的微波谐振腔、原子储存泡、恒温晶振、镍提存器等薄弱部件的结构强度,使星载氢原子钟具备了满足航天规范要求的结构力学强度。该项目已发表论文20篇,已授权专利4个。项目的核心指标达到欧洲Galileo星载氢原子钟水平,其成果成功应用于北斗导航IGSO和MEO试验卫星,实现了中国星载氢钟首次在轨飞行。测试数据表明,星载氢原子钟的应用使导航卫星时间基准漂移率、长期稳定性等性能指标提升了一个量级左右,对北斗全球卫星导航系统提供精密定位服务和自主运行提高了技术支撑。星载氢钟的成功研制打破了国外在原子频标方面对中国的技术封锁和高端产品禁运的藩篱,满足了北斗全球卫星导航系统的高精度定位需求。“十三五”期间,随着北斗卫星全球组网的建设,必将有更多的星载氢原子钟在北斗卫星导航系统中发挥重要作用。
申报信息
相关人信息
完成单位: 中国科学院上海天文台 上海航天电子技术研究所 中国科学院上海技术物理研究所
完成人: 林传富 帅涛 谢勇辉 裴雨贤 陈鹏飞 赵广东 付立英 刘善敏 戴家瑜 刘嘉阳 刘铁新 薛红 沈超 陈文星 张勇
行业及专利信息
应用行业名称: 钟表与计时仪器制造
应用行业码: 413
转让信息
投资信息
推广信息
联系信息
联系单位名称: 中国科学院上海天文台
联系单位地址: 上海市徐汇区南丹路80号
传真: (021)64384618 64384630
邮政编码: 200030