氢原子钟的空间应用前景

氢原子钟仍是目前可移动的和实用的最高稳定度的时频标准。作为参考,10^-16稳定度的氢原子钟很适合空间科学测量。文章介绍了氢原子钟的特点及其在空间科学实验中的潜在应用前景。     

国外空间原子钟发展研究

空间原子钟包括磁选态原子钟、脉冲光抽运原子钟、相干布居囚禁原子钟、离子阱原子钟和冷原子钟。文章介绍了这5类空间原子钟的发展情况,其中:磁选态原子钟是当前卫星导航系统广泛采用的空间原子钟;脉冲光抽运原子钟已经在美国GPS-3卫星上应用;相干布居囚禁原子钟是脉冲光抽运原子钟的一种特例,其优势在于体积小、质量小、功耗低;离子阱原子钟具有很高的精度,目前其天稳定度已经达到10~(-17);冷原子钟基于近绝对零度下原子的物理特性和量子光学测量技术,具有极高的准确度和稳定度,发展与应用前景广阔。分析了空间原子钟的发展趋势,如激光冷却、量子频率光学测量与环境控制,将成为空间原子钟发展的支撑性关键技术。针对我国空间原子钟的发展现状和技术水平,提出了挖掘现有原子钟潜力、瞄准原子钟前沿技术等建议。     

基于载波多普勒的高稳定度GNSS时钟驯服方法

为了充分利用高精度的GNSS载波相位观测量实现对本地时钟高稳定度的驯服,文章提出一种基于GNSS载波相位观测量的GNSS驯服时钟方法,其驯服后的本地时钟频率稳定度高,长稳接近GNSS卫星的星载原子钟水平。该方法首先利用4颗以上卫星的载波多普勒来估计本地时钟与GNSS卫星时钟的频偏;再用三阶锁频环对频偏进行滤波;最后用滤波后的频偏控制本地时钟的压控晶振或数字控制振荡器,以修正本地时钟的频偏。以氢钟作为思博伦GNSS模拟器和PicoTime阿伦方差测试仪的外参考输入时钟,[JP2]以高稳晶振为频率源的GPS接收机接思博伦GNSS模拟器的试验结果表明：该时钟驯服方法可将100s后的时钟稳定度从自由运行状态的1×10-11量级,经驯服后优于1×10-12量级,性能比肩GPS星载原子钟,具有较高的工程应用价值。文章所采用的方法可使驯服高稳晶振替代造价昂贵的星载原子钟,作为低轨导航增强星座的高稳定度频率源,且具有低成本、低功耗、轻质量等优势。     

国外空间微重力钟计划及其应用前景

原子钟已经发展到很高的水平,它们在空间科学试验中起着非常重要的作用。文章介绍国外已经建议和正在开展的高精度微重力钟计划,以及它们的应用前景。     

武汉物理与数学研究所CPT原子钟研究取得新进展

2008年7月22日,据中国科学院网站报道,最近,中科院武汉物理与数学研究所研究员顾思洪等人在CPT原子钟核心技术研究方面取得重要进展,研制出性能得到明显改进的CPT原子钟,其稳定度和功耗等主要指标已与国外商品钟的指标相当。CPT原子钟是利用原子的相干布局囚禁原理而实现的一种     

北斗星载铯钟在轨性能评估方法实践

北斗卫星导航系统装备高精度的原子钟为卫星提供高准确度、高稳定性以及低漂移率的基准频率。在某颗卫星上装备了一台铯原子钟，开机作为热备份提供备份的基准频率，在卫星上配备且提供服务的工作钟为一台氢原子钟。通过对2019年12月6日至2020年5月17日此卫星上每秒一次的主备钟相差采样数据测量值的统计、处理，以及对处理结果的分析，完成了对此卫星上星载铯原子钟的在轨性能评估。通过对处理结果的分析得出，星载铯原子钟在轨表现出的频率准确度、10 s以上的频率稳定度以及漂移率等性能与此铯原子钟在地面的测试结果基本一致。使用主备钟相差采样数据的测量值分析备份铯原子钟在轨性能方法的可行性、可信度很高。国内研发的高精度铯原子钟达到了可以为卫星提供服务的水平。     

“伽利略”卫星时钟问题原因查明

<正>欧盟委员会7月3日称,欧空局调查人员已查明导致"伽利略"卫星导航系统部分星上原子钟失效的原因。"伽利略"系统迄今已有18颗卫星在轨,但部分卫星星钟出现了故障。每颗"伽利略"卫星上设有4台超高精度的原子钟,其中两台为铷钟,另两台为氢脉泽钟。每颗卫星只需有一台时钟工作即可,另3台作为备份。目前该系统已有3台铷钟和6台氢脉泽钟不能工作,有一颗卫星已有两台时钟失效。欧委会女发言人卡德特说,     

空间用Hg^＋频标

本文介绍以约束在线性离子阱中的Hg~ 离子为工作物质的空间用离子频标的设计要点。这种新型频标可以提供象氢原子钟一样的超高频率稳定度,重量却与NAVSTAR/GPS用的铯原子钟相当,约为11千克,所以非常适于空间应用。为了达到11千克的估值,文中将Hg~ 离子频标和现在使用的GPS铯频标进行对比。建议采取最近研制的延展型线性阱结构,从而使空间用的Hg~ 离子频标的物理部分的体积减小到与铯束管相近。在这种结构下,现有Hg~ 离子频标显示出的优于10~(-15)的频率稳定度将会保持甚至有所改善,并将具有比目前任何适合于空间使用的频标更高的频率稳定度与重量比。     

应用原子钟的空间系统与空间原子钟的新发展

文章介绍了目前应用原子钟的空间系统以及空间原子钟在这些系统的应用概况。对潜在应用原子钟的空间系统和科学有效载荷以及潜在空间原子钟的新发展也进行了介绍。     

基于频率源稳定度的钟差序列生成方法研究

基于频率源噪声特性和幂率谱密度之间的关系，构建了一种通过频率源目标稳定度反向生成虚拟钟差序列模型，利用虚拟钟差序列模型可以快速、高效地生成目标频率源的长期钟差数据。针对不同类型频率源的组合噪声特征，采用传统的噪声模型生成5种频率源噪声，然后利用仿真分析验证虚拟钟差序列生成模型的正确性。通过比对仿真结果可知，基于铷钟、氢钟和铯钟的虚拟钟差序列的稳定度与实测钟差序列的稳定度基本相符，重建虚拟钟差序列能够准确地反映其频率噪声特性，因此，文中采用频率源目标稳定度生成其钟差序列的方法可行、有效。     

空间科学卫星工程标准体系架构设计

在总结我国空间科学卫星工程特点与项目实施成功经验的基础上,运用系统工程方法,提出了空间科学卫星工程标准体系构建的原则与思路,开展标准体系的顶层设计,给出二级分支体系架构,以支撑后续空间科学任务的有效实施,并促进空间科学领域的国际合作。     

第36届世界空间科学大会在京召开

本刊讯 第36届世界空间科学大会于7月17日在北京开幕．这是首次在我国召开的国际空间科学盛会。这次大会的主题是：探讨空间科学与技术各领域的最新发展．交流空间科学与技术的最新成果．为空间科学与技术的国际间合作提供帮助。本次大会由空间研究委员会主办．中国科学院、中国国家航天局、科技部、中国科协、北京市政府、国家自然科学基金委员会、中国运载火箭技术研究院、中国空间技术研究院协办．中国科学院空间科学与应用研究中心、北京理工大学承办。     

星载原子钟自主完好性监测方法研究

针对地基辅助系统监测星载原子钟的完好性时呈现出的对地面依赖程度高、故障告警及时性差的缺点,分析了星载原子钟常见异常现象及其对系统性能的影响,提出了一种基于差拍数字化测频和最小二乘法钟差预测比较的星载原子钟自主完好性监测解决方案.实验验证了该方案的可行性,针对星载原子钟故障能够在1秒内做出准确判断并发出告警信息.     

空间科学规划及对航天运输系统的需求

空间科学不仅能够推动我国在基础科学研究领域取得重大科学突破,还能够有效牵引、带动航天高新技术的发展。中国科学院空间科学战略性先导科技专项是"十二五"时期我国空间科学领域最重要的系统性进展,开启了中国空间科学发展的新篇章。"十三五"时期,我国将继续研制、发射一系列新的空间科学卫星,这对航天运输系统提出了新的技术发展需求。发展空间科学必将推动我国的航天强国、世界科技强国建设进程。     

Kalman滤波的铷原子钟控制算法

以GPS接收机输出的1pps信号为参考信号,采用Kalman滤波算法对铷原子钟的参数进行估计,计算铷原子钟的频率调整量,对铷原子钟进行调整,使其和UTC时间保持同步。实验结果表明,受驯铷原子钟输出1pps与UTC（NTSC）钟差的标准差优于3.5 ns,钟差峰峰值优于15 ns,100 s采样的Allan方差为1.83×10 -12 ,10000 s采样的Allan方差为6.1×10 -13 。实验证明了基于Kalman滤波的铷原子钟控制算法,使铷钟获得了较好的准确性和长期稳定性,且对其短期稳定性影响最小,是一种可靠稳定的铷钟控制方法。     

浅论空间科学实验的工程实施—从实践5号卫星空间流体实验谈起

从实践5号卫星两层流体微重力科学实验探讨我国空间科学实验的工程实施。分析了和空间科学实验有关的工程问题,指出空间科学实验应紧密结合工程技术与航天技术的工程实施可行性,需要有很强的空间工程背景。     

国防科工委发布《“十一五”空间科学发展规划》

国防科工委前不久前发布我国《“十一五”空间科学发展规划》，首次公布了中国政府未来空间科学发展蓝图。     

百尺竿头须进步 空间科学谱新章——专访中科院国家空间科学中心主任吴季

2015年年底,我国将发射空间科学先导专项系列卫星的首颗卫星——暗物质粒子探测(DAMPE)卫星。这颗卫星将肩负怎样的使命?我国发展科学卫星系列的重要意义是什么?后续还将发展哪些空间科学卫星?带着这些问题,《中国航天》记者采访了中科院国家空间科学中心主任、空间科学先导专项卫星工程常务副总指挥吴季。     

标准化与空间科学探测

介绍空间科学探测活动的特点与标准化工作情况,提出我国在空间科学探测领域实施标准化工作的思路和顶层构架。     

载人空间站空间科学应用研究

对苏/俄“礼炮号”系列空间实验室/空间站、和平号空间站、美国天空实验室、欧洲空间实验室和国际空间站上开展的空间科学应用情况进行了论述和分析,并重点对空间科学应用实验设备所需的安装空间资源进行了详细分析。同时结合我国科学发展需求,借鉴国外空间站空间科学应用开展情况,提出了将来我国空间站开展空间科学应用应优先发展的方向和需要解决的问题,并给出了我国空间站实验支持结构设计的建议。