揭秘!北斗卫星导航系统的“心脏”是这样研发出来的( 五 )


梅刚华带领团队 , 又开始了新一轮的拼搏 。如同参加一场马拉松赛 , 前一段赛程 , 他们一直在努力跟跑对手;这一段赛程 , 他们将发起冲刺 , 要追平乃至超越对手 。
他们对铷光谱灯的发光光谱做了更深入的研究 , 发现光谱谱线轮廓普遍存在变形和增宽 。它对稳定度的影响 , 如果是一般的铷钟 , 完全可以忽略;但是要做世界上最好的铷钟 , 这个影响将是颠覆性的 。通过反复试验 , 他们终于找到了解决办法 。
微波腔设计水平也上了新台阶 。以前 , 靠的是经验设计 , 哪怕修改一个设计参数 , 都要花上几个星期的时间反复验证 , 费时费力 。这一次 , 他们利用计算机软件进行仿真设计 , 所有参数设计一次到位 。很快 , 各种尺寸的微波腔设计出来了 , 微波场分布模式也得到进一步改善 。
他们系统研究了铷原子跃迁谱线的各种频移机制和控制方法 , 更换了气体配方 , 优化了工作参数 , 使光频移、温度频移、微波功率频移和磁场频移减小了一个数量级 , 为改善铷钟的长期稳定度创造了条件 。
高精度星载铷钟于2013年研制成功 , 2015年开始装备北斗三号卫星 。
甚高精度星载铷钟于2016年研制成功 , 2018年开始装备北斗三号卫星 。
2020年7月31日 , 北斗三号全球卫星导航系统正式开通 。在北斗三号系统全部35颗卫星上 , 每颗卫星都装载有精密测量院的铷钟 。
甚高精度铷钟的短期频率稳定度达到7×10^-13/τ^1/2,天稳达到3×10^-15 , 超过了GPS最新一代铷钟 。测试结果发表后 , 甚高精度铷钟被国外同行认为是目前世界上稳定度最高的铷原子钟 。
甚高精度铷钟上天 , 标志北斗系统用上了最好的星载铷钟 。梅刚华没有食言 。
为了这一天 , 梅刚华和他的团队呕心沥血、踔厉奋发 。他们用20多年的时间 , 走完了外国人40多年走过的路 , 使我国的星载原子钟技术打破了西方国家的垄断和封锁 , 实现了从无到有、由有到强的跨越 , 使北斗系统有了强大的心脏 。他和团队因此而先后获得十余项国家和省部级奖励和荣誉 , 其中包括国家科技进步特等奖、国家技术发明二等奖和全国创新争先奖 。
有人形容梅刚华与北斗的关系是一见钟情 。他热爱他的原子钟研究 , 因原子钟研究与北斗结下不解情缘 , 目标既定 , 矢志不移 。这种专注、执着 , 支撑他一路走来 。
采访结束时 , 我问梅刚华:“铷原子钟技术走到头了吗?”
“没啊 , ”他平静地说:“我们最近研制的新型铷钟原理样机 , 短期稳定度比甚高精度铷钟还要高3倍多 , 接下来我们会重点解决长期稳定性问题 。”他们还要继续走下去 。
蓦地 , 我心中不由得升腾起一种自豪感 , 为梅刚华和他的团队 , 更为他们永无止境的探索和创新精神!