从零开始反复试验
历经20余年努力攻关
研制具完整自主知识产权的星载原子钟
整体性能实现国际领先
让北斗导航系统用上“最好的钟”
掌控导航卫星核心的隐形能力者
北斗卫星导航系统作为我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，其导航的基本原理为利用多个卫星与地球上某个物体之间的距离来确定该物体的位置。根据物理学原理，这个距离可以用信号传播速度与时间相乘而得到，而卫星导航所使用的信号传播速度，其数值是固定的，因而时间测度越精确，距离计算越精准，导航的位置定位就越准确。
因而，从这一角度来说，“卫星导航的核心就是时间测量”。导航卫星上用来计算时间的精密装置就是原子钟，它利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来进行计时。
由于这种电磁波非常稳定，再利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时精度可以达到每2000万年才误差1秒，从而为卫星导航提供精确的时间测度，也因此星载原子钟被称为导航卫星的“心脏”，掌握导航卫星核心的隐形能力者。
【星载原子钟的前世今生】
上世纪90年代，中国制定北斗卫星导航系统“三步走”发展战略，作为其中关键技术的星载原子钟，在当时的中国属于技术空白。可用作星载原子钟的有氢原子钟、铯原子钟和铷原子钟。三者相比，铷原子钟体积小、重量轻、功耗低、可靠性高和寿命长，制造和使用成本也最低，因此为各国导航系统普遍采用。
1997年，在从国外引进星载铷钟遭拒后，国内优选具原子分子物理与无线电物理学科顶尖水平的专家们组成团队，开启星载原子钟的自主研制之路。
彼时，专家团队对铷原子钟的寿命、可靠性和卫星环境适应性等完全没有设计概念，只能反复设计、试验、改进，寻找最佳答案。铷原子钟核心部件微波腔，直接决定原子钟信号强弱。经过不断的努力和尝试，用时一年多研制出开槽管微波腔，奠定铷钟高稳定度和小型化技术基础。专家团队还发明一种新型铷光谱灯，克服了限制铷钟寿命和卫星环境适应性的主要障碍。
如今，星载原子钟在技术性能及可靠性上均达到国际先进水平，实现了关键技术自主可控，早已打破国外垄断。
【星载原子钟如何工作】
星载原子钟是北斗导航卫星的最关键载荷之一，是时频分系统的心脏，可为卫星系统提供高稳定的时间频率信号，其性能决定了导航系统定位、测速及授时精度。理论上如果钟的精度提高，导航精度也会改善。
其基本原理是利用特殊原子(例如氢原子、铷原子、铯原子)的某个特定跃迁频率，这个频率有极高的稳定性，精度可以到皮秒甚至飞秒，但原子的这个跃迁频率不能直接用，需要通过电磁波与原子相互作用，间接地用电磁波把这个频率导出来，这是原子钟的基本原理。
【未来可期的“中国心脏”】
星载原子钟是导航卫星的主要有效载荷，对星载原子钟不仅有精度的要求，还有极高的可靠性和寿命要求。现在原子钟的精度可以达到每100万年不差1秒。这为天文、航海、宇宙航行、卫星导航等提供了强有力的保障。长期以来，中国星载原子钟的研制也备受海内外业界人士关注。
目前发射的北斗导航卫星星载原子钟已经全部实现国产化。在轨测试结果表明，进口钟和国产钟的指标相当。但从世界范围来看，星载原子钟的指标一直在改善，所以星载原子钟的不断精进也是一项长期的任务。
