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天宫二号空间冷原子钟
成果信息
项目年度编号: 1900010653
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: 2018
关键词: 空间冷原子钟 激光光学系统 全球卫星导航定位系统
成果简介: “天宫二号空间冷原子钟”是国际上首次在空间轨道上运行的冷原子钟,属于时间频率精密测量领域。原子钟是全球卫星导航定位系统的核心设备,目广泛应用于导航卫星的原子钟,其精度受到原子热运动的限制,性能难以进一步提高,更难以满足诸如深空探测、基本物理常数测量、引力波测量等空间科学探索活动对空间超高精度时间频率基准的需求。在太空开展基于激光冷却原子技术的冷原子钟实验不仅可以突破热原子钟的极限,也将使许多空间基础物理研究的精度大幅度提高。该项目突破了冷原子钟在轨运行的多项关键技术,研制了适应空间微重力环境的冷原子钟物理系统、光学系统、微波系统和控制系统,其主要发明点如下: 1.提出了空间冷原子钟的总体技术路线,发明了微重力环境下运行的冷原子钟物理系统:该项目的研制团队根据长期积累的理论基础和实验经验,结合天宫二号的运行环境,提出了空间冷原子钟的总体技术路线,发明了微重力环境下运行的冷原子钟物理系统,包括折叠光路激光冷却原子装置和集成冷原子双能级探测装置、长期无源状态下保持超高真空的真空腔、微重力环境下冷原子钟的环形微波腔等一系列技术,满足了天宫二号对设备体积、功耗、力学、热学等方面的严苛要求,解决了微重力环境下冷原子与微波相互作用的难题。 2.发明了长期自主运行的冷原子制备与操控激光光学系统:激光光学系统输出激光功率与频率的长期稳定和精密时序调控是当前影响冷原子装置稳定工作的主要因素之一。该项目发明了长期自主运行的冷原子制备与操控激光光学系统,包括激光器自动找频和长期稳频技术、具有宽范围与高分辨特征的定时阵列技术、半导体激光器的快速移频装置和中心波长可调滤光装置,研制了高性能、髙稳定度的冷原子光学平台,实现了在轨冷原子制备及操控,并长期稳定运行。 3.发明了铷原子钟超低噪声微波频率源:该项目发明的间歇式铷原子钟髙 精度微波频率源和多自由度高阻尼粘弹性减振半球抗冲击减振装置,保证了在经受航天级严苛振动考验后产生高性能低噪声微波频率信号,6.8GHz的近旁频相位噪声达到-70dBc/HZ@lHZ,同时还实现了微波调频、调幅、监控等功能,满足了空间冷原子钟指标需求。 在以上发明基础上,“天宫二号空间冷原子钟”鉴定件于2013年7月通过“载人航天空间应用系统总体部”组织的专家验收评审,截止到2017年12月31日,已投入使用4年半,飞行件于2016年9月15日随“天宫二号”发射,已在轨运行15个月,获得了一系列科学实验结果:首次在空间轨道获得了温度低于3.3μK的冷原子团;利用冷原子团作为鉴频原子样品实现了天稳10<sup>-16</sup>量级的髙精度空间冷原子钟在轨运行。到目前为止,该项目己获授权专利9项,软件著作权1项,发表学术论文17篇,过去三年新增经济效益4882万。该项目的成功奠定了高精度时频系统与冷原子传感器空间应用的技术基础。
申报信息
相关人信息
完成单位: 中国科学院上海光学精密机械研究所
完成人: 刘亮 王育竹 吕德胜 陈卫标 李唐 屈求智
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: 中国科学院上海光学精密机械研究所
联系单位地址: 上海市嘉定县清河路
邮政编码: 201800