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院庆•故事 为了北斗导航的“中国心”

时间:2018年06月22日 信息来源:中国空间技术研究院官方微信 点击: 字体:

201210252333分,第16颗北斗导航卫星成功发射。111日,卫星有效载荷陆续开通并开始工作,1227日,中国正式宣布北斗导航卫星系统向亚太大部分地区正式提供区域服务。空间电子信息技术研究院为16颗北斗导航卫星提供了全部有效载荷,其中星载铷钟等一批重要产品的研制,实现了导航卫星关键载荷从无到有的历史跨越。

铷钟作为导航卫星的频率基准,直接决定着导航卫星定位、测距、授时的精度,是整个导航卫星的心脏。从“九五”关键技术攻关到2012年完成北斗二号产品交付,再到服务于北斗三号卫星,二十年来,空间电子信息技术研究院铷钟研制团队艰辛跋涉、锲而不舍,从原理样机的技术摸索到产品在轨稳定运行,铷钟研制从无到有,星火燎原;从国产化铷钟与进口铷钟并用到完全独立使用国产化产品,背后是铷钟研制技术的成熟与自信。

在铷钟研制过程中,中国空间技术研究院时频基准类产品首席专家贺玉玲功不可没。2004年,贺玉玲从北京大学量子电子学研究所,我国最早从事铷钟研究的单位获得博士学位,她放弃了留在北大的机会,加入铷钟研制队伍,跟随当时五〇四所铷钟研制负责人雷文琦,开始铷钟的工程化研制工作。在铷钟研制领域,国内虽然已有30年的研究历史,但高性能产品一直处于实验室研究阶段。要想星载应用,还需要全面提升性能指标、环境适应性和产品可靠性。

贺玉玲从最基本的单元电路入手,从单板设计师做起,与研制队伍一起开展铷钟工程化关键技术攻关。铷钟研制涉及量子力学、电子学、热学等多个学科,宇航产品还要克服发射过程中的力学响应、在轨真空、失重、辐射等空间环境的影响,对于精度达到很高量级的铷钟产品来说是巨大的挑战。为了确保微波链路性能指标,贺玉玲带着铷钟研制队伍多次深入元器件制造企业,反复测试器件性能,与元器件设计师不断探讨,迭代不断优化器件参数。为了去掉一个可调电容,他们对单元电路进行了十几轮的设计改进和长达数月的试验验证;为了解决铷钟真空下过热的问题,他们轮流值守在真空罐旁,就是为了充分了解产品特性,持续监测改进效果。

曾有原子钟研究领域的前辈说过“原子钟的研制是一项耗费生命的事业”。这不仅指它的难度,还指研制它需要花费的时间。就拿铷钟天稳定指标的测试来说,要得到一次测量值,需要连续监测16天,这期间任何异常都会影响测试指标。所以贺玉玲每天上班第一件事及下班最后一件事一定是去实验室看测试数据,认真检查各个遥测数据、检查各个仪器设备的运行情况、维护钟房的稳定运行。星载铷钟的精度相对于地面产品提升了约3个量级,这就决定了必须充分考虑各个部组件的细微差异,通过整机的精细调整使产品性能最优。整机每调试一个参数,都需要放到真空罐里测试较长时间才能看到结果。所以常听到铷钟队伍里的人说“我把这个调完再走,这样明天就能看到数据了”。但等到调完、测好、再多观察一会儿,走出楼门时夜幕早已降临。

20069月,五〇四所、北京大学、五一〇所联合研制的中国首台星载铷钟成功搭载于“实践八号”育种卫星,在轨工作正常,第一次验证了在太空失重环境下铷钟的性能,标志着我国具备了独立自主开展星载铷钟研发的能力,化解了北斗工程建设的最大瓶颈,摆脱了受制于人的被动局面。

2007414日,北斗二号飞行试验星成功发射,有效载荷开通后各项指标正常。

在问到贺玉玲对这些年来的工作有什么想法时,她说:“我们的铷钟还需要更深入的研究,对一些影响产品长期运行特性的因素我们还掌握的不够,铷钟的指标应该还能做得更好些。”本着“应用一代、研发一代、储备一代”的原则,贺玉玲团队在研制领域继续深耕,截止目前,空间电子信息技术研究院抓总研发的第三代星载铷钟在轨性能优异,已经达到世界先进水平。





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