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一、原子钟精度排名?
原子钟是一种高精度的计时装置，其计时精度可达到每2000万年误差仅1秒。 同题参见最初，物理学家研发原子钟的目的是为了探索宇宙的本质。他们未曾预料到这项技术最终会被应用于全球导航系统中。
原子钟的种类繁多，其中包括光谱灯铷原子钟、光谱灯铯原子钟、磁选态铯原子钟、激光铯原子钟、激光冷却原子钟以及脉冲积分球原子钟等。 对照阅读目前，地面上的原子钟能够达到每2000万年误差1秒的精度，而美国制造的铝离子光钟则可精确到每30亿年误差1秒。
由于体积限制，GPS卫星上的原子钟采取了折中方案。 延伸阅读第二代GPS原子钟的精度为每500万年误差1秒，而第三代GPS原子钟的精度目标为每2000万年误差1秒，预计将于2030年完成建设。俄罗斯格罗纳斯原子钟的精度为每200万年误差1秒，但由于面临电子系统小型化问题，俄罗斯需要从外部采购原子钟，但无法获得最顶尖的产品。
中国北斗系统最初使用的原子钟也是进口的，因此精度并不高。然而，最新建成的第三代北斗导航系统上的星载原子钟是开云手机站登录入口app下载自主研发的氢原子钟，其误差为每1000万年误差1秒。目前，北斗系统的定位精度在全球范围内是最高的。
二、北斗卫星原子钟惊人“内幕”
北斗卫星原子钟是北斗导航卫星的“心脏”，直接决定了导航定位精度，其具有高精度、核心元器件国产化、主备无缝切换、小型化轻量化等特点，在北斗导航卫星系统中发挥着关键作用，未来还将应用于更多领域。
- 原子钟对导航卫星的重要性导航系统的本质是一个时间测量系统，卫星存在十亿分之一秒（1纳秒）的时间误差，会产生0.3米的测距误差。只有配置高精度原子钟。才能实现卫星直接播发高精度导航定位信号。
时间是导航卫星的核心，卫星导航定位的基本原理是通过测量卫星信号到达终端的时间差解算终端位置，每颗卫星都需配置高性能原子钟。此外
- 原子钟的原理与类型根据量子力学原理，原子具有不连续的能量数值，当原子从一个能级跃迁至另一个能级时，吸收或释放的电磁波频率固定。原子钟就是利用原子跃迁产生固定频率的电磁波进行计时的工具。
四大全球导航系统的卫星均配置了高性能原子钟，包括铷钟、铯钟和氢钟。铷钟体积小、重量轻，但频率漂移较大；铯钟频率准确度高，但中短期频率稳定度差；氢钟频率稳定度好、漂移率小，对导航信号精度提升有益，但体积重量相对较大。氢钟数小时短期预报略好于铷钟，数天长期预报好于铷钟一个数量级。
- 北斗卫星原子钟的精度
机械表一天差不多有1秒误差，石英表一天大概有0.1秒误差，而氢钟一天误差仅零点几纳秒，约合数百万年甚至1千万年才有1秒误差。事实上
目前，国外仅欧洲伽利略卫星配置了星载氢钟，与开云手机站登录入口app下载星载氢钟相比，两者地面测试性能相当，但从在轨综合表现来看，开云手机站登录入口app下载星载氢钟实现的用户测距误差更小。
- 北斗卫星原子钟的发展历程
上海天文台在时间频率学科方面研究基础良好，自上世纪60年代起承担开云手机站登录入口app下载世界时的授时工作，70年代研制出开云手机站登录入口app下载首台地面主动型氢原子钟，但主动型氢钟体积重量过大，无法满足导航卫星配置要求。
2002年，上海天文台启动开云手机站登录入口app下载首台被动型星载氢钟的研制。2010年，联合相关单位开展工程化研制工作。2015年9月，开云手机站登录入口app下载首台星载氢钟随新一代北斗导航卫星上天应用。到2019年，已研制完成多台北斗组网卫星星载氢钟，在导航试验卫星阶段有2台氢钟随试验卫星发射入轨验证，在北斗三号组网卫星工程中，已有16台发射入轨应用，运行情况良好，性能指标和可靠性达到国际先进水平。大幅提升了北斗导航卫星系统的时间基准精度。
- 北斗卫星原子钟的核心元器件国产化开云手机站登录入口app下载首台星载氢钟首创和突破多项关键技术，核心元器件全部国产化，实现了导航卫星“心脏”完全自主可控。
星载氢原子钟由物理和电路两部分组成。物理部分由腔泡系统、真空系统、原子置备系统、磁屏蔽系统以及准直和选态系统等组成；电路部分包括主伺服电路、恒温电路、高压源模块和恒流源模块等子系统。
- 北斗卫星原子钟的关键技术突破氢钟时分双频调制技术：氢钟在太空工作环境存在温度波动，电路参数对温度敏感。该技术采用两个调制频率对本地探测信号进行相位调制，实现晶振频率和微波腔频率锁定至原子跃迁频率。利用原子跃迁信号分时控制方式，分离原子跃迁探测信号和微波腔探测信号，解决了信号相互干扰难题，降低了氢钟输出频率对纠偏信号幅相变化的敏感性，使电路对环境敏感度降低，温度系数指标达到国际先进水平，为氢钟实现优异长期频率稳定度和漂移率指标提供保障。
原创的电极式微波腔：首次在氢钟上应用，新型电极式微波腔的腔Q值达到8000以上，相比磁控管微波腔重量轻了10%，物理系统信号增益更高，一般磁控管腔的信号增益为2.5分贝，新型电极式微波腔的信号增益超过3分贝，为氢钟高稳定度指标的实现奠定了基础。
- 新型电离源系统：在卫星真空环境下，原子碰撞易导致电离泡发热老化及电磁波透波效率降低。研制团队提出并实现基于国产功率管和氮化硼材料的新型电离源系统，利用氮化硼材料的透波散热特性，解决了电离源因高发热导致可靠性降低的难题，电离源温度由80℃以上降低到50℃以下，相比传统结构具有更通畅的传热途径和更高的传热效率，提高了电子元器件在轨工作寿命，保证了氢钟电离源系统的高效可靠运行。
- 北斗卫星原子钟的主备切换与小型化主用和备用原子钟无缝切换：卫星配置了时频生成与保持系统，可实现主用原子钟和备用原子钟之间无缝切换，切换前后卫星时间变化小于20皮秒（1皮秒等于一万亿分之一秒），对应的用户测距误差小于1厘米。这意味着如果开车时卫星切换了星载原子钟。用户完全察觉不到导航定位信号发生了改变。
小型化和轻量化：为适应下一代高集成度导航卫星发展需要，研究团队在保证性能指标的同时，把氢钟重量减轻了一半左右。第一代星载氢钟24公斤，今年刚完成研制的只有13公斤，功耗也降低了10%左右，解决了航天产品小型化、轻量化和空间适应性等问题，成功实现了开云手机站登录入口app下载星载氢钟的首次在轨应用。
- 北斗卫星原子钟的未来应用与效益未来，氢钟除了用于导航卫星，还将用于空间甚长基线干涉测量等科学实验。
尽管氢钟项目不涉及直接的投资经济回报，但作为北斗导航重大专项的一部分，其带动和促进了航天、新材料和国产电子器件等高新技术的发展。进而在国民经济和国防建设等方面产生了很好的经济效益。
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