核磁共振发明者的一个想法让全球导航系统成为可能

2018-12-29 16:46:18 vela 2

就在不久前,北斗三号基本系统完成建设,正式向“一带一路”及全球提供基本导航服务,这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代。

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  在这一重大的历史时刻,让我们暂时把镜头拉回到25年前。1993年7月23日,某西方大国无中生有地指控中国“银河”号货轮将制造化学武器的原料运往伊朗,制造了震惊世界的“银河号”事件。当时,“银河”号正在印度洋上正常航行,突然,船停了下来。事后大家才知道,这是因为当时该西方大国局部关闭了“银河号”所在海区的GPS导航服务,使得这条船变成了无头苍蝇,不知道该向哪个方向行驶。时任中国外交部国际司副司长的沙祖康在事后谈到“银河号”事件时,连用了三个“窝囊”。也正是在“银河号”事件之后不久,1994年,北斗卫星导航系统研制全面启动。

  今天,在全球卫星导航上,中国终于不用再看别国的脸色行事。

  “北斗”卫星导航系统是我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。作为导航卫星的心脏,高性能的星载原子钟对导航精度具有决定性作用。

  卫星导航系统的定位原理是通过近似于三角测量的方法实现的。接收机——比如手机、汽车导航仪器等等,它接收多个导航卫星发射的无线电信号,而我们知道这些导航卫星的信号是以光速传播的,那么,只需要测量这些信号从卫星发出到自己接受到,各自花了多少时间,通过这个时间,接收机就能计算出它相对于多颗卫星的远近关系。所以时间测量越是精密,你的位置解算也就越是精密。而要实现对时间的精密测量,就需要原子钟。

    现有卫星导航系统所使用的原子钟类型分为氢原子钟、铷原子钟、铯原子钟三种。原子钟的概念最早是在1944年,由美国科学家、诺贝尔奖获得者伊西多·艾萨克·拉比(这位老兄也是核磁共振仪的发明者)提出,他发现原子的自然共振频率本身极为精确,因此依靠这一原理,就可以制造出数千万年才会误差1秒钟的超高精度计时系统。

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伊西多·艾萨克·拉比

  有关资料显示,在北斗系统研制的初期,我国并不具备自主生产原子钟的能力,只能高价从欧美购买,但有些国家对我国实施了严密的技术封锁,有些国家则乘机漫天要价狮子大开口(笔者在写这篇文章时,专门在仪器信息网上查了一下,某型欧洲产商用原子钟,价格在50万~100万),最后不得不逼着中国人走自主研发的道路。

  卧薪尝胆,中国隐忍了十余年后,2007年我国首批国产铷原子钟上天服役,实现了国产星载原子钟零的突破。2015年我国又再次成功发射搭载国产氢原子钟的北斗二号卫星。2017年发射的北斗三号卫星已经实现了国产的铷原子钟和氢原子钟全面替代进口产品。去年,中国航天科工集团公司二院203所又已启动汞离子微波钟立项研制。相关专家介绍,作为我国的新一代超级原子钟,它在未来深空探测和卫星导航领域将有很大的优势,有望应用于下一代北斗导航卫星。

[来源:仪器信息网]