最后时刻打破西方封锁，北斗导航做到了每300万年只差1秒

　　卫星定位对时间的要求极高，即使是微秒级别的误差，都很有可能最终导致定位误差好几百米。如果是差了一秒钟的话，偏差是不可想象的。为什么会这样呢？卫星以7.9km/s的速度，在地球引力作用下绕地心做匀速圆周运动。真的所谓差之毫厘，谬之千里。如果卫星定位不准确，那还要来干嘛呢？那问题就来了，卫星是如何做到时间的绝对精确的呢？据说我国的北斗卫星系统做到300万年只差一秒钟，你没有听错是300万年只差一秒钟。你是不是唬我？300万年只差一秒钟，人类现阶段是怎么做到对这些时间做计算的呢？或者做对比的呢？这些时间差又跟谁作为标准呢？没有参照物又如何说有差异呢？今天我们就来聊聊北斗卫星的铷原子300万年只差一秒钟，它是如何做到的？
　　要知道有误差，那得先有参照物。在我小的时候，家里有一个挂钟；因为挂钟经常有时间的偏差，一头半个月就要重新调整一次。我们如何知道有偏差的呢？因为过去都看新闻联播，每到晚上7点新闻联播就会准时播放；这个时候就是我们调挂钟时间的最好时段，因为电视上会有相关的时间显示。但今天我们调整时间的参照物就简单得多了，比如我们手机上有显示时间，我们电脑上有显示时间，这些时间都是跟你的运营商为准的。那问题又来了，运营商或中央电视台的时间就一定准确吗？网络的时间又如何保证它是准确的呢？北斗卫星上的铷原子钟300万年只差一秒，它又是用什么来做参照物的呢？在古时候我们是依靠太阳所晒下来的阴影，来作为时间的参考；有一种工具叫做日晷，它就是利用太阳照射的影子方向来确定当时的时间，这个工具在当时对时间要求不高，是能满足当时社会的需求的，但到了今天这个玩意，就完全达不到咱们的要求。自从人类第1条铁路诞生以来，人们就开始对时间有了准确的需求，是为了保证乘客能够准时达到火车站，并乘上通往下一站的火车。而这个钟就是我们熟知的英国大本钟，正因为大笨钟的出现，我们对时间有了比较准确地掌握。
　　时间是什么？时间是记录事物变化过程的单位，比如地球自转一圈，我们称为一天；从月圆到月缺再从月缺到月圆，我们称之为一个月；地球围绕太阳转一圈，所用的时间是365天，我们称之为一年。所有的时间都是周期的循环，一日复一日，一夜复一夜，一年复一年。但随着人类科学的进步，人们对时间的要求越来越精确；随着对太空和微观世界的探索，过去时间的精确度，已经无法满足现在的需求。直到1967年，第十三届国际度量衡大会对秒有了新的定义，铯13原子振荡9192631770次为1秒钟，为什么？只是科学家们为了将秒划分成更小的单位而已，而经科学家测试，铯13原子振荡9192631770次（赫兹）的时间刚好是1秒钟。我们来看一个例子，石英表里面有个石英晶振，每秒震动32,768次，为什么震动32,768次呢？因为石英表采用了16位的计数器2的15次方，刚好等于32,768；而普通机械表每秒钟只振动5次，这就可以很明显的看出两者的差距了，机械表出现时间偏差远远高于石英表，事实上也是这样。不过现在带手表已经不是为了时间，更不在乎时间的准不准。
　　铯13原子振荡的次数是石英表英晶振次数的28万倍，想必大家知道铯13原子钟有多精确了吧。原子钟有很多种，不仅有铯原子，还有氢原子铷原子等，美国的星上所用的是铯原子钟，而我国用的是自己研发的铷原子钟，铷原子钟相对于其他原子钟来说，铷原子钟的体积更小，重量更轻，功耗更低，寿命更长，且制造成本也更低。
　　我国发明铷原子钟是一段让人骄傲的过程的，大家都知道，西方国家一直都在打压我国的科技发展，无论是民用的（比如，华为、中兴、抖音、微信等）还是军用的。我国发展航天科技更是受到阻拦，几乎没有得到西方国家的技术，只能靠自己，所以我们的航天科技都是完全自主的。而这一次在北斗卫星的建造的过程中，我们就面临一个大问题，就是时间如何保证准确，但我国没有相关的技术，打算向发达国家购买，可是西方国家不但不想卖给我们，还想借一个机会打压我国的项目。根据国际电联的规定，卫星的频率资源是谁先申请谁先用，如果你在规定的时间内没有用，那这个频率就将释放给别人申请，而当年我国申请北斗2号使用的频率，所剩的时间不到一年，没原子钟我们的项目就只能延期了，所申请的频率不得不让给欧洲伽利略系统，因为两者的进度非常近。好的频段是有限的，我们不得不加抓紧时间搞出原子钟，无论是买还是自己造。买短期是不可能的，只好自己造。经过大半年每日每夜的研发，最终2007年第1颗搭载国产北斗导航卫星发射成功了，距离国际电联规定的时间只差了几个小时，可以说是惊心动魄。
　　为什么西方国家就认为我国做不出来呢？原子中的技术难点到底在哪呢？而这一切难在精度上，将1秒钟分9192631770次振荡，想一想都怕，要我们在1秒内数20次都变得不可能，可况9192631770次，精度越高难度就难，相应的技术难度可以说是指数级的增长。光刻机难在哪里，也是在精度上。铷原子钟和光刻机我国也有公司能做，但是精度根本不是一个级别，而他们所要用的也不需要如此高精密，民用与航天用的完全不是一个级别。其实通信用的信号基站也要用到铷原子钟，有时候我们手机通话，偶而出来一个莫名其妙的外来声音，这种电话串话的情况，实际上这很可能是原子钟频率漂移导致的原因。
　　原子钟到底是怎么做出来的？
　　我们是怎么知道铯13原子1秒振荡9192631770次（赫兹）的，这就不得不说共振频率的概念了，当两个或两个以上的振荡频率一致时就发生了共振，共振会产生极大的能量，有极强的冲击力。就在今年咱们有一条大桥因为海风与车流的频率产生了共振，导致大桥出裂痕，被迫封桥检测。其实原子钟也是利用共振的方法，在量子世界中不同能级原子之间跃迁（小圏转到大圈的过程）的过程中，会吸收能量和释放能量产生电磁波。科学家们就利用这个电磁波，在铷原子钟设备里，加上微波发射器和微波接收器，微波发射器发射出一个频率，就等于发出一个振荡，当原子吸收振荡能量时，就会从低能级跃迁到高能级，当原子绕了一圈后，就会跃迁到低能级释放能量，如果发射器的频率跟原子的跃迁频率一样，就会产生最强的信号，这个时候原子钟微波接收器就接到振荡频率，我们就可以知道原子的振荡频率，而它振荡了多少次就可以知道了。
　　在这个过程中还有很多的问题，稳定性，还有不同的环境差距题，比如测试是地球的，运作的环环境是在天上的，卫星高速飞行会不会有影响重力的变化，会不会有影响等等各种因素都可以考虑到。作为我国能摆脱西方的技术封锁，自主研发出每300万年只差一秒的铷原子钟，是非常值得骄傲的事情。为科学家们点赞。