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【北斗】北斗时间基准卫星升空:携带氢钟和铷钟,每一百万年误差一秒

时间:2018-11-5 来源:浙江新闻

11月1日23时57分

北斗三号全球导航系统

第17颗卫星

在西昌卫星发射中心成功发射

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位于西安航天产业基地的航天五院西安分院为该卫星提供了导航分系统、天线分系统、转发器分系统、星间链路等全部有效载荷产品。同时,在这颗卫星上,搭载了航天五院西安分院联合国内顶尖原子钟研制单位共同打造的氢钟和铷钟两种提供时间基准的产品,使该卫星成为整个北斗系统的时间基准卫星。

RDSS——危难时刻显身手

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该卫星是北斗三号全球导航系统的首颗地球同步轨道卫星(GEO),距地面3.6万公里,也是北斗三号系统中功能最强、信号最多、承载最大、寿命最长的卫星。所谓地球同步轨道卫星,就是指这颗卫星与地球自转保持一样的速度,与地球是相对静止的。北斗三号全球导航系统的地球同步轨道卫星主要覆盖我国及周边地区,除了提供基本导航服务、星间链路业务之外,还提供RDSS(无线电测定)业务。

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搭载第四十一颗北斗导航卫星的长征三号乙运载火箭直指苍穹。梁珂岩摄

据西安分院北斗三号卫星副总设计师张立新介绍:

这颗卫星能够通过自身独有的RDSS系统实现用户有源定位、报文通信、位置报告和定时授时等功能,而这也是北斗系统的一大特色。

北斗系统的短报文功能,是系统独创的特色。短报文通信在偏远地区通信、位置报告和应急快速搜救等方面应用非常广泛。在汶川地震的救援中,北斗二号卫星的RDSS短报文通信功能就发挥了重大的作用。相较于北斗二号卫星,北斗三号RDSS系统的性能有了大幅度的提升。

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西安卫星测控中心科技人员在密切跟踪火箭姿态。 吕炳宏摄

航天五院西安分院北斗三号卫星总师助理宋志强说:

“北斗二号时期,地面用户进行短报文通信,需要带着一个体积较大的终端,向卫星发射一定功率的信号,而这个地面终端的待机时间不会超过两天。同时,那时候北斗的地球同步轨道卫星RDSS系统1小时只能满足54万用户的短报文通信需求。到了北斗三号,地面用户只需要约十分之一功率就能通过卫星发送短报文,地面终端不仅小而且待机时间长。卫星同时实现了1小时满足1000多万用户的短报文通信需求。”

氢钟——每100万年才误差1秒

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原子钟素来有“导航卫星的心脏”之说。氢原子钟,是以氢原子为物理基础建立的一套极度精密的电子设备,简称氢钟。氢钟在北斗三号全球导航系统上发挥着提供时间基准的作用,氢钟的稳定度直接关乎着导航卫星的定位、测速和授时功能的精度,氢钟的质量和可靠性直接决定着导航卫星的成败,是北斗三号卫星上十分关键的载荷产品。

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我们日常生活中所用的钟表,精度高的大约每年会有1分钟的误差,而北斗三号卫星上的氢钟的精度可达到每100万年才误差1秒。宋志强说:“导航卫星的高精度定位对时间准确性的要求非常高,如果时间基准有轻微的变化,则会出现几米,甚至几十米、上百米的定位误差。”北斗三号全球导航系统中的原子钟有两种——氢钟和铷钟,铷钟是在北斗二号卫星上已经全面应用的成熟产品,而氢钟则是北斗三号卫星中才进行应用的,它的长期稳定性比铷钟高出了10倍。在这颗卫星上,搭载了氢钟和铷钟两种提供时间基准的产品,因此该卫星成为了整个北斗系统的时间基准卫星。

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航天五院西安分院联合国内顶尖原子钟研制单位,用了三年时间,终于打造出了性能优良的北斗导航系统时间的基准担当——氢钟。

西安分院主管北斗三号卫星研制的副院长杨毅告诉记者:

“我们联合的研制单位,在各自的技术领域实力都是数一数二的,但它们不少单位没有生产航天级产品的经验。航天产品要经历太空环境的严酷考验,不论在设计还是生产制造、试验验证等各环节,都有着比一般产品更为严苛的把关条件,为了让大联合的队伍快速适应航天产品研制要求,西安分院与联合研制的单位一起制定设计方案,隔一段时间就去研制单位进行质量管控和交流,在有限的时间内完成了氢钟的国产化重任。”