本文转自：人民政协报仰望星空|揭秘！北斗卫星导航系统的“心脏”是这样研发出来的( 三 ) 本文转自：人民政协报

光强跳变的问题困惑了他们很长一段时间。最后梅刚华让博士生赵峰找来一台摄像机对着灯泡拍“电影” ，终于弄清光强跳变是液化的“铷滴”在灯泡内表面“迁移”造成的。谱灯在真空中发光不正常的问题，他们通过大量实验，发现是由于灯泡散热不通畅，导致灯泡温度过高造成的。
灯泡玻璃材料试验持续了十年之久。他们让三个谱灯长期点亮工作，每个月测量一次灯泡中的铷量，积累了近十年的测量数据。根据这些数据进行计算，得到了精确的铷消耗模型，精度比国外高出六七倍。再根据这个模型，确定了适中的充铷量，既不会因为少了而影响铷钟的寿命，又不会因为多了而产生铷迁移现象，影响铷钟的性能。
十年是三千多个日日夜夜，几多辛苦，几多心血，只为拿到一个科学的设计数据。
一台高性能铷钟，光有好的物理系统还不行，电子学系统也要做好。铷钟的频率稳定度既与原子信号强度相关，也和电路的噪声相关。对于一般精度较低的铷钟，电路的设计是不太困难的，但要做极品铷钟，电路的噪声就必须压得很低。原子钟的电路实际上是一个链条，由多个模块组成。为了判定噪声来源，他们一个个模块去找，去诊断，这里面包含了大量的仿真、模拟、测试和试验工作。
解决了物理系统原子信号强度和电路降噪的问题，铷钟的短期稳定度就基本解决了，但长期稳定度还没解决。某种意义上长稳更重要，因为导航卫星用的主要是每天的稳定度。 “影响长稳的主要因素是光频移和温度频移， ”梅刚华介绍：“我们开始的做法有点治标不治本，总想通过选择工作点、加强温控等外部措施来解决，效果不好。于是就系统地研究如何将原子体系自身的频移降下来。这就要改变和优化很多设计参数，比如铷泡中充入的缓冲气体的种类、配比、压力等等。这些东西最好每次只改一样，不然你的判断就不一定准确。科研就是这样，没有捷径可走，必须老老实实去做，水滴石穿，水到渠成。 ”
一晃， 8年过去了。 2000年，梅刚华团队研制出国内第一台星载铷钟原理样机；2004年，又研制出星载铷钟电性能样机，技术指标基本满足北斗系统的应用需求。
但是，真正的考验还在后头。

文章图片
▲甚高精度星载铷原子钟。这是中科院精密测量科学与技术创新研究院研制的第三代星载铷钟， 2018年装备北斗三号卫星。
三
2004年，北斗二号系统星载铷钟进入工程样机研制阶段。
孙家栋院士一直在关注着武汉物数所，亲自带专家组前来考察。
孙家栋握着梅刚华的手：“刚华，我知道你们这几年拼得很苦啊！”
梅刚华十分感动，说：“孙老，有您这句话，所有的苦都值得。 ”
孙家栋说：“干北斗就需要有这么一股劲。有时候，看不到前方的曙光，但是咬牙坚持下去，可能就成功了。 ”
听了汇报，看了实验室，孙家栋对梅刚华团队几年来的努力和取得的成果，给予充分肯定。
忽然，孙家栋停顿了十几秒，而后话锋一转：“恕我直言，武汉物数所的原子钟研究，比我想象的要好得多的多，但工程化能力，比我想象的要差得多的多。 ”
全场寂静。
包括时任所长詹明生和梅刚华在内，武汉物数所所有在场的人都怔住了，他们像是被猛烈地抽了一鞭子。
孙家栋说的工程化，是指航天产品研制生产要遵循一套严格的流程和规范。要生产出合格的航天产品，必须编写全套设计、工艺文件；装配、调试和测试现场必须满足严格的洁净度、温湿度要求，人员上岗要培训，要有资质；要编制试验大纲和试验细则，按规范完成振动、冲击、热循环、热真空等全套环境试验；所有过程都要翔实纪录，做到可追踪、完全受控。所有这些，当时的武汉物数所几乎都不具备。