Текущее состояние и перспективы развития средств измерений в области времени, частоты и гравиметрии
С. И. Донченко, О. В. Денисенко, В. Н. Федотов, А. М. Каверин, В. Ф. Фатеев, М. Н. Хромов
ФГУП «ВНИИФТРИ», пос. Менделеево, Моск. обл., Россия
Средства измерения времени, частоты и гравиметрии играют важнейшую роль в работе различных систем и комплексов, таких как:
-
космические навигационные и геодезические системы (ГЛОНАСС, Гео-ИК-2 и др.);
-
космические связные системы;
-
беспилотные транспортные средства;
-
высокоскоростной железнодорожный транспорт;
-
специализированные комплексы в сфере обороны и безопасности;
-
высокоскоростные наземные системы связи и передачи информации и др.
Непрерывное повышение требований к точностным и эксплуатационным характеристикам этих систем и комплексов обуславливает необходимость создания новых средств измерений времени, частоты и гравиметрии с более высокими характеристиками (стандарты частоты в оптическом диапазоне, фонтанного типа на холодных атомах, водородные стандарты частоты нового поколения, малогабаритные стандарты частоты, высокоточные гравиметры и градиентометры). В последние годы научным коллективом ФГУП «ВНИИФТРИ» были созданы новые образцы средств измерений времени, частоты, гравиметрии с метрологическими характеристиками на уровне и лучше зарубежных аналогов.
Разработаны оптические стандарты частоты, обеспечивающие независимое воспроизведение единицы частоты со значением неисключённой систематической относительной погрешности воспроизведения единицы частоты не более 1×10-17. Созданы стандарты частоты фонтанного типа на холодных атомах с нестабильностью частоты на уровне 1×10-16. Разработаны комплексы хранения национальной шкалы координированного времени с улучшенными характеристиками долговременной нестабильности частоты [1]. Проведенные разработки позволили формировать национальную шкалу времени Российской Федерации на уровне лучших мировых лабораторий, смещение шкалы времени UTC(SU) относительно международной шкалы времени UTC находится в пределах ±3 нс.
Создан потенциально имеющий широкую область применения сверхминиатюрный квантовый рубидиевый стандарт частоты на эффекте когерентного пленения населенностей, габаритные размеры которого не превышают 60 см3, энергопотребление менее 1 Вт, при этом кратковременная нестабильность частоты не более 3×10-11, а долговременная — не более 5×10-12.
Кроме того, одним из наиболее актуальных направлений современной науки и техники является гравиметрия, перспективы развития которой в последнее время связаны с внедрением квантовых технологий. Это позволяет в обозримом будущем (5–10 лет) приступить к созданию перспективных систем навигации по гравитационному полю Земли.
Литература
- Донченко С. И., Блинов И. Ю., Норец И. Б. и др. Характеристики долговременной нестабильности водородных стандартов частоты и времени нового поколения // Измерительная техника. 2020. № 1. С. 38.