原子鐘家族中的“航天員”——銣原子鐘

神舟五號、神舟六號載人飛船相繼上天之后，大家對航天員給予了足夠多的關注與重視，也讓大家更加關注除了載人航天之外更多的航天知識。實際上，除了載人飛行以外，國際國內每年發射的衛星和其他航天器都要搭載一些特殊的“航天員”，大家了解比較多的一類是試驗用小動物、種子、衛生醫藥樣本等，除了這些還有為數眾多的各類太空儀器設備，其中包括馬上要為大家介紹的原子鐘家族中的“航天員”——銣原子鐘。

原子鐘家族中的“矮腳虎”

原子鐘是目前人類最精確的時間測量儀器，它主要是利用原子不受溫度和壓力影響的固定頻率振蕩的原理制成。雖然可能對很多人來說“原子鐘”這個詞還比較陌生，但它早已在無聲無息中悄然融入了您生活——每天中央電視臺發布的時間，就是由一臺銫原子鐘提供的。事實上，地球上的基準時間——“世界協調時”，是由全世界各個地方的原子鐘組的數據，通過比對加權等技術處理后得到的。此外，衛星定位、網絡、通訊時間同步都離不開原子鐘，換句話來說，您用的GPS、手機、上網等等均依賴原子頻標高精確度的時間系統。正是由于它在軍民領域的重要性，美、俄、歐洲、日本等重要國家和地區均爭相研究原子鐘技術，在2002年科技部組織召開的“香山會議”上，我國與會的專家和領導已將當前的原子鐘研制與當年原子彈的研制并稱。

目前，處于實用階段的原子鐘有氫、銣、銫三種。這三種鐘各有優點，氫、銫體積較大，銫鐘最準，秒就是以銫原子躍遷頻率定義的，氫鐘中短期性能突出，比銫鐘要小、價格也要低廉很多，但是目前最小的氫鐘體積也有普通電腦機箱的1.5倍那么大，重量達數十千克。雖然性能比不上氫、銫兩位大哥，但是銣原子鐘卻似一個小精靈，對于乘火箭上太空遨游這樣的飛行旅程來說，體積僅僅幾升，重量是最小氫鐘的十分之一不到的小巧銣鐘最為合適，它能大大減輕衛星的有效載荷，對衛星、火箭的要求都大大降低，同樣也能極大地節約衛星中極為珍貴而有限的空間。雖然比不上銫、氫鐘能做到3000萬年不差一秒的性能，但是也能夠做到30萬年不差一秒。因此，目前的大名鼎鼎的GPS，GLONASS（格羅拉斯）和GALILEO（伽利略）三種衛星導航定位系統都采用了銣原子鐘作為星載鐘。

過五關斬六將

太空中有著高真空、強輻射等極為惡劣的環境，因此作為一個原子鐘家族的合格航天員，飛天小精靈銣原子鐘雖然看上去嬌柔小巧，但是早已煉成一身鋼筋鐵骨并需要通過重重考驗。

預考——元器件篩選合格

“好牛出好奶”是流行的一句廣告詞，對于星載銣原子鐘來說，要有良好的指標和極高的可靠性，每一個元器件要經過精挑細選和嚴格考驗。即使是最簡單的一個器件，也要能夠達到嚴格的宇航標準，能夠接受嚴酷太空環境的考驗。

小考——常溫常壓下指標過關

雖說銣原子鐘性能要比其他兩位“大哥”稍遜，但也要達到驚人的30萬年差一秒的水準，而目前世界上最高精度的機械表和石英表分別可以做到幾天和幾年差一秒。由于它如此高的精確度，更需要把外界溫度、濕度、電磁環境對鐘本身的影響降到極低的程度。

中考——可靠性試驗考驗重重

為了保證進入太空前能夠承受火箭升空的巨大振動和高溫等因素，以及因此引起的種種可能狀況，首先小銣鐘要送上振動臺，接受隨機振動的考驗，在高達橫向和縱向接近10倍重力加速度的振動下，它要保證不“暈船”——指標還是要達到原來的要求。隨后是溫度考驗，在高低溫度時間循環變化。順利通過這些考驗之后，還不能大意，通過技術手段把電源電壓正負向偏離十分之一（就如人同時飽受高血壓和低血壓的折磨），這種情況下，還要保持正常指標。在這樣考驗之后，可以說已經練就一身錚錚鐵骨了。但是要想成為原子鐘家族的“航天員”還不夠，還有更大的考驗。

大考——熱真空試驗

鑒于外太空稀薄的氣體和高強度的輻射，雖然通過了地面的重重考驗，但是還是要接受最后模擬太空條件的大考驗——熱真空試驗，在一億分之一個大氣壓的低壓下經受高低溫的循環考驗長達百數小時，之后又突然暴露大氣——相當于把人壓到極深的水里突然拉起來又壓下去——這樣還是近乎苛刻的要達到30萬年差一秒的性能。這樣還不算結束，又要把它放入熱真空環境中，再次做“全身體檢”即全面檢測它的各項指標。合格的話，一個原子鐘中的航天員——星載銣鐘才算是順利產生。

經過選拔的“原子鐘航天員”安裝到衛星上，通過火箭發射到太空，隨著衛星進入軌道，就開始它的工作，不斷地為人們發送標準時間信息，當然就跟航天員定時要和地面聯系一樣，它也要定期應用地面更加精確的時間系統來校準，校準頻率從一天幾次到幾天一次不等，這樣才能更加保證它的可靠性，更好地為大家服務。