国际在线报道(记者 李晋 张喆炯):中国 " 天宫二号 " 空间实验室在轨正常运行两年多来,取得了一系列科学和应用成果。其中,一台3000万年误差仅1秒的空间冷原子钟正在 " 天宫二号 " 履行着它的使命。这是国际上唯一成功在轨运行的空间冷原子设备,也是目前在空间最高精度的原子钟,对中国基于空间冷原子技术的空间科学研究有着深远的影响。
空间冷原子钟太空运行概览图
由中国科学院上海光机所承研的、中国载人航天工程 " 天宫二号 " 空间实验室有效载荷 " 空间冷原子钟实验 " 是国际上最早实现在轨开展冷原子科学实验的项目。2016年9月15日,中国空间冷原子钟随 " 天宫二号 " 发射升空,至今已在轨运行满两年,状况良好,性能稳定,在空间基础物理学前沿取得了重大突破。中国载人航天工程空间应用系统副总设计师吕从民介绍说:"(空间冷原子钟)实验掌握了冷原子团的在轨激光冷却、操控、与微波相互作用及冷原子探测等关键技术。原子激光冷却的方法和技术对未来空间高精度时频系统提供了直接技术支持。"
到目前为止,中国空间冷原子钟已经完成了所有计划内科学实验内容,圆满完成预定的任务目标,成为全世界唯一成功在轨运行的空间冷原子设备,也是目前在空间最高精度的原子钟,填补了世界相关领域空白。中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍说:" ‘天宫二号’空间实验室搭载的空间冷原子钟是国际上首台在轨运行的冷原子钟,日稳定度3000万年的误差小于1秒(达到7.2E-16),处于国际领先水平,具有里程碑意义。" 原子钟是卫星导航定位系统的核心设备,目前应用于空间的热原子钟性能已接近极限,制约了导航定位系统性能的进一步提高。对此,中科院量子光学重点实验室主任、" 天宫二号 " 空间冷原子钟分系统主任设计师刘亮介绍说,中科院上海光机所项目研制团队提出了空间冷原子钟总体技术路线,发明了微重力环境下运行的冷原子钟物理系统,攻克了多项关键技术,使许多基础物理实验的精度大幅度提高。如果冷原子钟相关技术在导航领域得到推广应用,将大幅提升现有导航性能。
空间冷原子钟功能结构与工作原理图
刘亮说:" 我们将会把我们的技术用于北斗导航系统,不久的将来,我们寄希望于将北斗导航系统精度再提高一个数量级,更加精确。"
刘亮表示,随着中国空间冷原子钟实验的成功,基于空间冷原子物理的相关技术将在2022年前后发射的中国空间站上发挥更大作用。刘亮说:" 我们要在空间站运行一套完整的超高精度时频系统,包括了冷原子钟,也包括了光钟和氢钟。此外,利用我们空间冷原子钟的技术,我们在空间站上还会进行空间的超冷原子物理实验。"
可以预见,中国空间冷原子钟长期在轨运行的成功是中国在空间科学技术领域的一个重要尝试,对中国下一步基于空间冷原子技术的空间科学研究将产生深远的影响。
空间冷原子钟实物图
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