日前，我國採取一箭雙星方式，成功發射了北鬥三號第三、第四顆組網衛星，這兩顆衛星上均裝載了航天科工二院203所研製的一臺高精度銣鍾和一臺星載氫鍾，它們的技術指標都達到了國際先進水平。
原子鐘是利用原子躍遷頻率穩定的特性來獲取精準時間頻率信號的設備，其研發涉及量子物理學、電學、結構力學等眾多學科，目前國際上僅中、美、俄等少數國家具有獨立研製能力。星載原子鐘主要應用於導航系統，分為氫原子鐘、銣原子鐘和銫原子鐘三種。美國的GPS導航系統、歐洲的伽利略導航系統及俄羅斯的格羅納斯導航系統，均採用了銣原子鐘搭配銫原子鐘，或者銣原子鐘搭配氫原子鐘的方案，充分發揮了銣原子鐘體積小、重量輕及銫原子鐘、氫原子鐘長期性能優異的特點。
全面提升原子鐘性能指標
「北鬥」衛星導航系統是我國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統。作為導航衛星的心臟，高性能的星載原子鐘對導航精度具有決定性作用。
相比北鬥一期、二期工程中單純採用銣原子鐘，本次發射的北鬥三號導航衛星上不但裝載有新一代高精度銣原子鐘，相比前代產品其體積更小、重量更輕，技術性能大幅提升，已達到國際先進水平。更值得一提的是，裝載的星載氫鍾，這是其在北鬥二代二期試驗衛星得到驗證後，首次應用於北鬥導航系統組網衛星。相比銣原子鐘，氫原子鐘在重要技術指標，如頻率穩定度、頻率準確度及日漂移率等方面具有明顯優勢。星載氫鐘的應用可使北鬥導航系統實現更高的定位精度、全球覆蓋及較長的自主導航能力，顯著降低北鬥導航系統全球應用時的校時壓力。這是其可與世界其它三大導航系統相媲美的必要條件。
攻堅克難，十年鑄劍終成功
星載氫鍾包括物理和電路兩部分，構成較為複雜。為滿足衛星發射及在軌運行時需要面對的振動、溫度、輻照等苛刻環境要求，進一步增加了研製難度。為此，203所用了近十年的時間，相繼解決了高性能長壽命吸氣劑複合真空泵技術、微波腔和磁屏蔽的小型化及抗振性等一系列技術問題；溫控系統的參數優化，電磁兼容性的改善，使星載氫鍾長期頻率穩定度大幅提高，增強了整機的環境適應性。最終攻克了包括指標優化，整機小型化、輕量化技術研究，空間環境適應性、可靠性與長壽命技術研究等關鍵技術難題。目前，203所研製的星載氫鍾在技術性能及可靠性上均達到國際同類產品水平，為北鬥三號組網衛星的高性能、長壽命要求提供了有力保障。
「航天質量就是我們的生命，這是每一個航天人對高可靠、高質量航天技術的莊嚴承諾。」北鬥工程副總師謝軍如是說道。不同於其他衛星，北鬥系統對此要求更多，北鬥是一個系統工程，用戶每次享受到北鬥系統的服務，都至少需要4顆北鬥衛星提供服務。
北鬥又是一個全球覆蓋的系統，至少需要20餘顆衛星同時提供穩定服務，對衛星產品的要求極其苛刻。北鬥必須具備連續的信號，信號不能中斷，系統必須連續、穩定、完好、可用。到2020年，北鬥導航系統將是第三個提供全球導航的定位系統。到那時，我們生活方方面面60%的導航定位都是我們自己的衛星，逐步取代GPS的地位。這對我國來說具有重要的戰略意義。
為北鬥提供40臺優良的產品
203所是我國唯一一家同時生產氫原子鐘、銣原子鐘、銫原子鐘的單位，擁有雄厚的原子鐘技術實力，已累計為系統總體提供了40臺以上的星載原子鐘，產品歷經了系統設計、驗證、試驗、組網的所有階段，幾乎每顆北鬥導航衛星都安裝了203所的原子鐘，這些產品保持了突出的產品可靠性和優良的產品性能，為星座的建設作出了貢獻，203所因此於2017年獲得國家科技進步特等獎。
203所目前還在緊鑼密鼓的為北鬥系統的地面守時站研製藍寶石主動氫脈澤，這種原子鐘擁有國內最高的性能指標，可在地面環境進行高精度守時，為北鬥衛星的時間校正和信號注入提供重要支撐。
（部英男 吳巍）