被美国封锁的GPS技术,原子钟误差不超1秒,北斗导航如何实现突破

你知道吗,之前曾度被封锁的GPS技术,原子钟的误差37亿年不超过1秒,这是什么意思呢?北斗卫星导航系统的总设计师杨长风说过,卫星定位导航的命门是时间精度,也就是说,如果不是绝对精确的时间精度,那么导航卫星就没有存在的意义。所以对导航卫星来说,测量时间的原子钟,作用不亚于人体的心脏。

被美国封锁的GPS技术,原子钟误差不超1秒,北斗导航如何实现突破

37亿年误差不超1秒 ,原子钟对卫星导航系统,到底有多重要

在这里做一个调查,如果您支持北斗导航技术,请您在评论区回复,了不起三个字,同时麻烦你长按点赞3秒,可以让更多人向我国的科学工作者致敬。本期就给大家介绍一下,原子钟是什么?为什么对卫星定位如此重要?我国的北斗卫星导航系统,又是如何突破技术封锁的?

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在了解原子钟之前,咱们先来看一下人类对时间的定义:在目前的国际单位制里,对秒的定义是,铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁,所对应的辐射周期时长的9192631770倍。有些人看到这个数字,可能会直接头大,因为没别的,实在是太难记了,为啥要以这么复杂的数字为标准,这不是难为人吗?其实答案说起来也简单,因为这个标准是全世界统一且稳定的。

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以前人们想要描述时间,就会给自己找一个统一的,并且不会发生剧烈变化的测量标准,比如日月星辰,又或是钟摆的振动频率,但到了现在,人们在各种高科技技术的帮助下,不仅发现世界各地的日月星辰存在差异,就连地球的自转也是不靠谱的。所以科学家经过研究,发现铯原子每秒震荡接近92亿次的频率,无论是上天还是下地,都稳定的让人惊叹,于是原子钟应运而生,再到后来人们将卫星发射到太空,原子钟就成了导航卫星的心脏。

在卫星导航系统里,1纳秒的时间误差反应到地球上,就是0.3米的距离误差,可能有人会觉得这没什么,但十亿分之一秒的误差就已经是0.3米,那如果是1秒的时间误差呢,还不得把你从国内定位到国外去啊。所以能实现精确时间测量的原子钟,对于卫星导航来说是很重要的,重要到什么程度呢,这么跟你说吧。

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在由导航卫星搭建的星地坐标系中,每个星座都有自己的坐标信息,通过测量我们和星座之间的距离,就能通过公式解出我们的位置。不过别看这个东西说起来简单,具体操作起来是相当复杂的,尤其是我们要实现的是地空之间的定位,这里面的距离测量和时间误差,失之毫厘就会差之千里,那些普通的计算时间的仪器,根本就完不成这样的任务。只有能在原子级别上稳定振动的铯原子,或是铷原子,才能达到最精密的时间测量。

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除了计时和导航,原子钟还一直推动着其它测量领域的发展,比如寻找宇宙中的暗物质就离不开它,所以原子钟的重要性已经不言而喻了。然而在21世纪以前,全球只有GPS卫星导航系统,才能使用这样的原子钟,就连欧洲的伽利略也没有突破。

只有天地间时间越同步,卫星导航定位的误差才会越小,我们在发展北斗卫星导航系统之前,就已经明白原子钟到底有多重要。然而技术这个东西,大家也知道,更高水平的技术一直被封锁着,我们就只能买他们生产的原子钟。

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一开始为了研究原子钟技术,我们花钱买回别人的原子钟,但即使花费了大价钱,人家也不会把关键的技术指标交给你。所以到了后来,我们开始和欧洲的伽利略合作,不过国际电联规定,卫星的频率资源是“先到先得”,如果在规定的时间内没有使用,那么这个频率就会转让给别人。当时我们的北斗系统申请要使用的频率,马上就要到最后期限,所以和我们进度差不多欧洲的伽利略系统,直接将我们完全剔除出局。

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于是为了不被抢先,我国的科研工作者开始没日没夜的研究,最后终于赶在2007年,发射了第一颗,搭载国产铷原子钟的北斗一号。这时距离期限到达只剩7个小时,简直是生死时速。

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虽然到了北斗二号时,我们也使用了一部分国外的原子钟,但科研人员逐渐发现,无论是GPS还是欧洲的原子钟,其实还不如我国自己生产的产品,所以到了北斗三号,我们就完全开始使用,自己的铷原子钟和氢原子钟。自此在卫星定位导航系统上,我们已经达到国际最领先水平,而在这其中我们最应该感谢的,就是那些不眠不休的科研工作者,你觉得呢?张眼看世界,罗叔聊风云,喜欢的朋友记得点个关注。