高精度原子鐘，雙向通訊，俄將接入我國北斗衛星系統

時間標度互相補充，就意味著兩國的衛星導航系統，可透過內部訊號連線，基礎資源共享。

▍當今世界，有四大全球衛星導航系統。

4個系統分別是：美國的GPS、中國的北斗、俄羅斯的格洛納斯，以及歐盟的伽利略系統。

美國的GPS是從上世紀70年代開始發展起來的，在天空中一共有24顆衛星。

俄羅斯的格羅納斯導航系統實際上是從前蘇聯就在做，由俄羅斯繼承，並且在2013年全部完成，一共24顆衛星。

中國的北斗導航定位衛星經歷了北斗一代，北斗二代現在已經建成了北斗三代，在空中一共有55顆導航定位衛星，是全球導航定位系統中衛星最多的。

而且北斗衛星吸取了美國GPS衛星的經驗，具有雙向通訊功能，也就是說從地面裝置可以向衛星傳送簡訊息，並且經過衛星，把這個簡訊息傳送給另外一個接收端。

這個功能在遇難遇險人員手持終端上面特別有意義，所以最開始我國政府是把這個功能分配給海上打漁的漁船。

這裡面第4名建成的就是歐盟的伽利略系統，共有30顆衛星在天上。實際上它的規劃還比中國的北斗導航系統要早一些，但是由於內部扯皮比較多，而且顧及美國的考慮，最晚才建成。

現在，導航定位衛星系統看起 比較 多，所以大家感覺到它的技術含量不高，實際上它的門檻是相當高的，這裡面最重要的就是高精度的原子鐘。

僅從字面意義上來說，導航定位衛星，主要是標定地球上某一個點的經緯度以及高程，但是實際上它最重要的一個功能是授時。

因為，用光的速度乘以時間就能夠算出距離。光的速度已經被測了幾百年了，非常精確，所以現在的核心任務是如何把時間計算的精確。

▍星載時鐘的精度問題。

因為鍾是計量時間的，它是一種度量衡，但是和我們測量長度的尺子又不一樣，因為時間是看不見的。

人類測量時間都需要某一個事件經歷一個過程，做最基本的標尺。

像以前的原始機械鐘錶，用一個擺的擺動時間Δt，來作為一個基本測量單位，累加這個測量單位Δt若干次，然後就變成T。

機械的鐘表擺動一次，測量最高精度是一天誤差10秒以內。這樣的精度用來跟光速30萬公里每秒鐘一乘，精度就會差 的 離譜。

所以， 導航衛星上面要使用原子 震盪 ，作為最基本的時間單位，這就是所謂的原子鐘。

在原子核外面圍繞著電子，電子在不同的 層 上執行。如果電子吸收了一個能量，就會跳到另外一層，然後又會跳回來，並且把吸收的能量釋放出去。這個時候，就完成了一個振動的過程。

這個振動過程的時間間隔Δt是固定的，這就可以作為一個最基本的時間測量單位。

如果把能量連續的注入原子，電子就會不停的從一個能級跳到另外一個能級，然後再跳過來，形成連續的震盪。這種震盪的精度極高，幾十萬年、幾百萬年才會誤差一秒鐘，所以原子鐘的精度極高。

但是在實際工程製造上，又會面臨著如何向原子輸入能量的問題，同時如何計算眾多原子產生的滴答聲。

所以，原子鐘也分很多種。 常見的有光譜燈銣原子鐘、光譜燈銫原子鐘、磁選態銫原子鐘、鐳射銫原子鐘、鐳射冷卻原子鐘、脈衝積分球原子鐘等。

而且，原子鐘最原始的輸出訊號還是要經過分析跟篩選過的，這裡面又涉及到電路問題。

▍中國已擺脫原子鐘卡脖子問題，俄羅斯還沒有。

上世紀50年代，美國科學家制造出了世界上第1臺原子鐘，這個原子鐘的體積非常大，相當於一個房間，沒辦法搬運。後來慢慢縮小，但是也有幾百公斤，體積相當於一個180升的冰箱。

上世紀70年代，美國一家公司把原子鐘的體積縮小到一個立方分米，重量只有一公斤多。這樣才激發了美國軍方想把原子鐘裝在衛星上建立GPS系統的慾望，所以才在1978年發射了第1顆GPS衛星。

現在，在地面上的原子鐘一般可以準確到2000萬年誤差一秒，美國製造的鋁離子光鍾可以精確到30億年誤差一秒。

由於體積限制，放在GPS衛星上面的原子鐘採取一系列折中方案。第2代GPS原子鐘的精度是500萬年誤差一秒。

第3代GPS原子鐘的精度可以達到2000萬年誤差一秒，這個要2030年才能建成。

俄羅斯格羅納斯原子鐘的精度是200萬年誤差一秒。因為俄羅斯面臨著電子系統小型化問題，只能在外面買原子鐘，但買不到最好的。

中國北斗系統最開始的原子鐘也是外面買來的，所以精度也不是很高，但是最新建成的第3代北斗導航系統上面的星載原子鐘是我國自行研製的氫原子鐘，誤差是1000萬年誤差一秒。

從目前來講，中國北斗的定位精度是最高的。

▍格洛納斯系統接入北斗系統的重要意義。

格洛納斯系統裝置的自主能力只有45%左右，另外55%都要從外部購買，當然主要是從西方國家購買。

但是由於西方對俄羅斯的持續制裁，使得俄羅斯的導航系統沒有備份，現在它上面的24個衛星已經有好幾個衛星不能工作了。

而且俄羅斯由於經濟持續的低迷，沒有更多的資金來啟動新的研發。

格洛納斯系統接入北斗系統，就意味著俄羅斯的導航系統將和北斗完全相容。

格洛納斯使用了北斗的訊號以後，精度將大幅度提高，可以達到跟北斗完全一樣的水平。對於俄羅斯來說，等於不花錢，或者少花錢，提高了自己的導航定位水平。

同時，對於兩國的導航定位衛星來說，屬於相互備份。這有特殊的戰略意義。