空間站作為長期在軌的太空實驗基地，承載著無數科學夢想與研究任務。從最初的長征五號B運載火箭成功首飛，到天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙的陸續入軌，中國空間站的建設歷時三十載，終於迎來了它的輝煌時刻。在這個宏偉的太空中，科學家們正以前所未有的精度探索時間的奧秘，而這一切都離不開空間站內高精度 時頻 系統的支持。
空間站的建設與布局
2020年，長征五號B運載火箭的成功首飛，標誌著中國載人航天工程「第三步」任務正式拉開序幕。2021年，天和核心艙的順利升空，為空間站的組裝建造奠定了堅實基礎。核心艙由節點艙、生活控制艙和資源艙組成，能夠支持3名航天員長期在軌工作生活，並搭載了多個科學實驗櫃，包括無容器材料實驗櫃和高微重力實驗櫃，為科學研究提供了寶貴平台。
2024年剛好是天和核心艙在軌三周年
（圖片來源：中國載人航天官方網站）
隨後，問天實驗艙和夢天實驗艙的加入，進一步豐富了空間站的科學實驗能力。問天實驗艙主要用於支持航天員駐留、出艙活動和開展空間生命科學研究，擁有4個生命科學實驗櫃。而夢天實驗艙則更註重空間科學與套用實驗，搭載了8-9個實驗櫃，涵蓋了流體、燃燒、材料、基礎物理等多個研究領域。此外，夢天艙還設定了貨物氣閘艙，支持貨物自動進出艙，為艙內外科學實驗提供了便捷條件。
問天實驗艙發射
（圖片來源：中國載人航天官方網站）
高精度時頻系統的構建
在空間站的眾多科學實驗櫃中，高精度 時頻 實驗櫃無疑是一個引人註目的亮點。隨著現代科學技術特別是原子物理學和射電微波技術的蓬勃發展，科學家們利用原子超精細結構躍遷能階具有非常穩定的躍遷頻率這一特點，發展出了比晶體鐘更高精度的原子鐘。而空間站上的高精度 時頻 實驗櫃，正是整合了這些尖端技術的結晶。
天宮二號空間實驗室發射成果
（圖片來源：新華網）
2016年，天宮二號空間實驗室搭載了空間冷原子鐘，精度達到了當時的世界最高水平。到了2022年，「天宮」空間站夢天實驗艙又搭載了新一代的「冷原子微波鐘」，以及全球首台「主動氫原子鐘」和全球首套「冷原子鍶光鐘」，形成了「高精度的原子鐘組」。這些原子鐘協同工作，能夠長期輸出超高精度的時間頻率訊號，為科學研究提供了可靠的時間基準。
高精度時頻系統的構建，不僅提升了人類對時間的測量精度，更為科學研究帶來了前所未有的機遇。在空間站上，科學家們可以利用這一系統開展相對論及其理論的高精度檢驗，探索時間的本質與宇宙的奧秘。同時，這一系統還可以提高地面及空間重大科技基礎設施的時間同步效能，為導航定位、全球重力位測量等重大套用提供精確的時間基準。
此外，空間站作為一個長期在軌的太空實驗基地，未來的15到20年內，將長期開展大規模的科學實驗。這些實驗涉及天文學、地球觀測、空間物理等多個領域，需要高精度的時間頻率訊號來確保實驗數據的準確性和可靠性。因此，高精度 時頻 系統的構建，對於推動空間科學與套用的發展具有重要意義。
結語
從最初的火箭發射到空間站的全面建成，中國載人航天工程走過了不平凡的歷程。如今，在空間站這個宏偉的太空中，科學家們正以前所未有的精度探索時間的奧秘。高精度時頻系統的構建，不僅提升了人類對時間的測量精度，更為科學研究帶來了前所未有的機遇。未來，隨著更多科學實驗的開展和新技術的套用，中國空間站將繼續書寫屬於中國人的「太空時刻」，為人類探索宇宙、認識世界貢獻更多智慧和力量。
出品：科普中國
作者：中國科普博覽
監制：中國科普博覽
