星载铷钟多次刷新世界纪录 鄂产“北斗心脏”精准支撑中国卫星导航

梅刚华研究员。（获奖单位供图）

湖北日报全媒记者　文俊　通讯员　杨婷婷

北斗导航卫星的心脏——星载铷钟能有多小？在中国科学院精密测量科学与技术创新研究院（以下简称精密测量院）铷钟展厅，一个金灿灿的铷钟样品只有普通鞋盒大小，重4.4公斤。

6月24日，2023年度国家科学技术奖在京揭晓，精密测量院梅刚华研究员领衔团队完成的“北斗三号卫星导航系统星载铷原子钟技术实现与应用”项目荣获2023年度国家科学技术进步奖二等奖。

卫星导航直接依赖计时准确，天地时间越同步，误差越小，定位的精度就越高。铷钟具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、寿命长且制造成本低等优点，是目前世界上应用最广、市场占有率最高的原子钟之一，因此全球各卫星导航系统不约而同选择铷钟作为计时器。铷钟的质量和可靠性直接决定着导航卫星的成败，是导航卫星名副其实的“心脏”。

1997年，梅刚华团队接到研制北斗星载原子钟的任务。当时，星载原子钟技术仅为美国等少数国家掌握，在我国属于技术空白。面对欧美的技术封锁，只能走自主研发这一条路。

经过20多年的持续攻关，梅刚华团队多次刷新世界纪录，研制的北斗星载铷钟量级步步提高。

研究团队自2007年成功研制出第一代星载铷原子钟装备北斗二号卫星后持续攻关，围绕“国际一流”北斗三号系统建设目标，开展了星载铷原子钟关键技术和系统集成研究，取得了“两首”“两发”等系列科技创新成果：首次给出了铷钟频率稳定度完整数学表达式，揭示稳定度与原子信号信噪比、原子体系环境敏感性之间的定量关系，为高性能铷钟设计提供了理论依据。首创高品质微波腔、高光谱纯度抽运光源和光学及同位素双重滤光技术。发明了低噪声频率合成技术，解决了有源器件附加噪声高、偶次谐波抑制效率低的问题。发展了系统的设计和工作参数优化技术，克服环境敏感性对长期稳定度的影响。同时，建成了以自研设备为主的研制生产线，形成了高性能星载铷钟整机设计、制造批产能力。该技术成果推进了我国铷原子钟技术进步，满足了北斗三号系统工程建设需求，产生了显著的社会效益。

北斗系统工程副总设计师杨元喜院士评价，“两代星载铷钟有力支持了北斗三号卫星导航系统的建设和性能提升”“是我国核心关键技术由跟跑、并跑到领跑的典型案例，为我国的原子钟技术和卫星导航技术发展做出了突出贡献”。

前不久，梅刚华带领团队研制出的新型铷钟，秒级频率稳定度比甚高精度铷钟还要高出近1个数量级，创造了新的世界纪录，为研制下一代北斗系统星载原子钟提供了技术储备。