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为什么原子时钟技术被列为卫星导航系统五大关键技术之一?

添加时间:2018-09-13 来源:环球新时空信息技术研究院 作者:环球新时空信息技术研究院
  卫星导航的测量原理,最终归结为时间测量,而且要求精度极高,好在人们在时间测量上所达到的水平非常高,这是人们好几十年奋斗的结果,高精度的原子时钟一般可达到10万年才差1秒,而美国的最新成果NIST-7达到了300万年才差1秒。为了实现高精度的时间测量,卫星导航系统把原子时钟作为其工作的心脏,如每个GPS卫星均装有两台氢钟和两台铷钟,以确保卫星有效载荷能长期不间断地稳定工作。
 
  GPS本身是作为军事工具诞生的,而原子钟使得GPS得以实现。原子钟是在二次大战前不久开始的基础研究。为了研究原子的基本结构,科学家们开发了制作高精度原子钟技术。他们的灵感与超高精度导航风马牛不相及,但是制作时钟的梦想足以研究时间本身的内在特性,这正是爱因斯坦重力理论所预测的重力对时间的影响,即所谓的重力红移。19世纪20年代后期,最精确的计时计还摆脱不了钟摆,后来它们又被基于更为精确的石英晶体规则振动的时钟所替代,当时的时间精度保持在每天误差为千分之一秒内。当然这样的精准度,是那些想研究爱因斯坦重力理论的科学家无法接受的。按照爱因斯坦理论,重力场会使空间和时间产生畸变失真。因此,放在喜马拉雅山珠穆朗玛峰的钟,每天要比放置在海平面上的同样的钟快三千万分之一秒。进行这种精度的时间测量的唯一办法是由原子本身无穷小的振动所控制的时钟,即原子钟来实现。
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