從零開始反復試驗
歷經20余年努力攻關
研制具完整自主知識產權的星載原子鐘
整體性能實現國際領先
讓北斗導航系統用上“最好的鐘”
掌控導航衛星核心的隱形能力者
北斗衛星導航系統作為我國自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統，其導航的基本原理為利用多個衛星與地球上某個物體之間的距離來確定該物體的位置。根據物理學原理，這個距離可以用信號傳播速度與時間相乘而得到，而衛星導航所使用的信號傳播速度，其數值是固定的，因而時間測度越精確，距離計算越精準，導航的位置定位就越準確。
因而，從這一角度來說，“衛星導航的核心就是時間測量”。導航衛星上用來計算時間的精密裝置就是原子鐘，它利用原子吸收或釋放能量時發出的電磁波來進行計時。
由于這種電磁波非常穩定，再利用一系列精密的儀器進行控制，原子鐘的計時精度可以達到每2000萬年才誤差1秒，從而為衛星導航提供精確的時間測度，也因此星載原子鐘被稱為導航衛星的“心臟”，掌握導航衛星核心的隱形能力者。
【星載原子鐘的前世今生】
上世紀90年代，中國制定北斗衛星導航系統“三步走”發展戰略，作為其中關鍵技術的星載原子鐘，在當時的中國屬于技術空白。可用作星載原子鐘的有氫原子鐘、銫原子鐘和銣原子鐘。三者相比，銣原子鐘體積小、重量輕、功耗低、可靠性高和壽命長，制造和使用成本也最低，因此為各國導航系統普遍采用。
1997年，在從國外引進星載銣鐘遭拒后，國內優選具原子分子物理與無線電物理學科頂尖水平的專家們組成團隊，開啟星載原子鐘的自主研制之路。
彼時，專家團隊對銣原子鐘的壽命、可靠性和衛星環境適應性等完全沒有設計概念，只能反復設計、試驗、改進，尋找最佳答案。銣原子鐘核心部件微波腔，直接決定原子鐘信號強弱。經過不斷的努力和嘗試，用時一年多研制出開槽管微波腔，奠定銣鐘高穩定度和小型化技術基礎。專家團隊還發明一種新型銣光譜燈，克服了限制銣鐘壽命和衛星環境適應性的主要障礙。
如今，星載原子鐘在技術性能及可靠性上均達到國際先進水平，實現了關鍵技術自主可控，早已打破國外壟斷。
【星載原子鐘如何工作】
星載原子鐘是北斗導航衛星的最關鍵載荷之一，是時頻分系統的心臟，可為衛星系統提供高穩定的時間頻率信號，其性能決定了導航系統定位、測速及授時精度。理論上如果鐘的精度提高，導航精度也會改善。
其基本原理是利用特殊原子(例如氫原子、銣原子、銫原子)的某個特定躍遷頻率，這個頻率有極高的穩定性，精度可以到皮秒甚至飛秒，但原子的這個躍遷頻率不能直接用，需要通過電磁波與原子相互作用，間接地用電磁波把這個頻率導出來，這是原子鐘的基本原理。
【未來可期的“中國心臟”】
星載原子鐘是導航衛星的主要有效載荷，對星載原子鐘不僅有精度的要求，還有極高的可靠性和壽命要求。現在原子鐘的精度可以達到每100萬年不差1秒。這為天文、航海、宇宙航行、衛星導航等提供了強有力的保障。長期以來，中國星載原子鐘的研制也備受海內外業界人士關注。
目前發射的北斗導航衛星星載原子鐘已經全部實現國產化。在軌測試結果表明，進口鐘和國產鐘的指標相當。但從世界范圍來看，星載原子鐘的指標一直在改善，所以星載原子鐘的不斷精進也是一項長期的任務。
