中國(guó)量產(chǎn)世界"最小原子鐘"，將是大規(guī)模生產(chǎn)廉價(jià)集群無人機(jī)的關(guān)鍵

一塊比指甲蓋還小的芯片，正悄悄改寫無人機(jī)戰(zhàn)爭(zhēng)的底層邏輯。

武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心教授陳杰華領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，近日宣布實(shí)現(xiàn)了全球體積最小原子鐘的批量生產(chǎn)。

我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖直怼扃姟㈦娮隅姡幢憔茸罡撸荒暌矔?huì)產(chǎn)生十幾秒的時(shí)間誤差。而我們研發(fā)的這款體積全世界最小的芯片原子鐘，計(jì)時(shí)精度可達(dá)10?11至10?12量級(jí)，相當(dāng)于3萬多年誤差才1秒。

在導(dǎo)航定位領(lǐng)域，時(shí)間就是距離——1納秒（10億分之一秒）的時(shí)間誤差，就會(huì)帶來0.3米的定位偏差。我們研發(fā)芯片原子鐘的初衷，就是打造可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航、電力電網(wǎng)、水下石油勘探、無人機(jī)集群等關(guān)鍵場(chǎng)景的高精度計(jì)時(shí)產(chǎn)品，把國(guó)家核心領(lǐng)域的“時(shí)間話語(yǔ)權(quán)”牢牢掌握在中國(guó)人自己手中。

更關(guān)鍵的是"量產(chǎn)"兩個(gè)字。

一枚小芯片，撬動(dòng)大戰(zhàn)場(chǎng)

要理解這件事的分量，先得搞清楚原子鐘在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中究竟扮演什么角色。

無人機(jī)蜂群戰(zhàn)術(shù)，是近年來戰(zhàn)場(chǎng)上最令人生畏的作戰(zhàn)形式之一。數(shù)十乃至數(shù)百架廉價(jià)無人機(jī)同時(shí)發(fā)動(dòng)協(xié)調(diào)攻擊，飽和防空系統(tǒng)，精準(zhǔn)打擊目標(biāo)，這套打法已在烏克蘭沖突中被大量實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。而要讓這些無人機(jī)真正"協(xié)同"起來，時(shí)間同步是繞不過去的核心問題，納秒級(jí)的時(shí)間誤差，就可能讓整個(gè)編隊(duì)的攻擊亂成一盤散沙。

問題在于，現(xiàn)有的蜂群無人機(jī)高度依賴GPS授時(shí)。一旦對(duì)手實(shí)施電磁干擾或GPS欺騙，整個(gè)無人機(jī)編隊(duì)可能瞬間失去方向感。俄羅斯在烏克蘭戰(zhàn)場(chǎng)上已大規(guī)模部署GPS干擾設(shè)備，這一現(xiàn)實(shí)已讓各方軍事規(guī)劃者警覺。

原子鐘的價(jià)值正在于此——它提供的是一種"自帶時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)"的能力，不依賴任何外部信號(hào)，僅憑自身就能維持極高精度的時(shí)間同步。裝備了原子鐘的無人機(jī)，即便在GPS被徹底壓制的環(huán)境下，依然能夠與編隊(duì)內(nèi)其他成員保持精準(zhǔn)協(xié)調(diào)，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

陳杰華團(tuán)隊(duì)的突破，不只是把原子鐘做小了這么簡(jiǎn)單。他說，傳統(tǒng)原子鐘即便經(jīng)過小型化改造，體積下限仍在數(shù)百立方厘米，功耗也至少需要數(shù)瓦。美國(guó)已推出體積17立方厘米的產(chǎn)品，他們研制的這款芯片級(jí)原子鐘，體積僅為美國(guó)現(xiàn)有最先進(jìn)同類產(chǎn)品的七分之一，但性能相當(dāng)，同時(shí)功耗大幅壓縮。

這意味著，這顆小鐘可以被塞進(jìn)一架低成本無人機(jī)，而不會(huì)在重量和電池上付出無法承受的代價(jià)。

從實(shí)驗(yàn)室到流水線，這一步最難

科學(xué)界并不缺原子鐘的研究成果，真正的壁壘歷來在于：能不能造得出來，造得便宜不便宜。

美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室去年也曾公開征集信息，尋求能為無人機(jī)蜂群提供亞納秒級(jí)時(shí)間同步的"下一代原子鐘"方案，項(xiàng)目代號(hào)"聯(lián)合多源精密參考系統(tǒng)"（JMPR）。這份需求文件明確要求，系統(tǒng)必須滿足嚴(yán)苛的體積、重量和功耗約束，還要能在完全沒有外部信號(hào)的情況下冷啟動(dòng)，并具備分布式擴(kuò)展能力。

美方的訴求清晰地指向了同一個(gè)方向——把原子鐘裝進(jìn)廉價(jià)無人機(jī)，是未來戰(zhàn)場(chǎng)的關(guān)鍵能力。

中國(guó)團(tuán)隊(duì)此番宣布的"大規(guī)模生產(chǎn)"，恰恰是在這個(gè)方向上率先邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。陳杰華表示，他們已成功將芯片級(jí)原子鐘應(yīng)用于微型PNT（定位、導(dǎo)航與授時(shí)）系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)落地。

這不是一項(xiàng)孤立的技術(shù)突破。放在中國(guó)整體無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的背景下來看，其意義更加清晰。中國(guó)是全球最大的消費(fèi)級(jí)無人機(jī)生產(chǎn)國(guó)，擁有完整的低成本制造鏈條，大疆等企業(yè)早已奠定了全球市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。一旦微型原子鐘能夠以較低成本批量供貨，與成熟的低成本無人機(jī)平臺(tái)結(jié)合，就可能催生一種此前難以想象的作戰(zhàn)組合：廉價(jià)、精確、抗干擾、可蜂群協(xié)同。

這套組合的代差意義在于，它讓那些昂貴的GPS干擾系統(tǒng)在面對(duì)這類無人機(jī)時(shí)，威懾力大幅打折。

當(dāng)然，技術(shù)上仍有不少挑戰(zhàn)需要正視。在無人機(jī)高速飛行時(shí)，芯片級(jí)原子鐘需要抵御劇烈振動(dòng)、極端溫差和電磁干擾；冷啟動(dòng)場(chǎng)景下，無人機(jī)還需要在沒有任何外部參考的情況下重建時(shí)間基準(zhǔn)；更深層的問題是，蜂群內(nèi)部的分布式同步算法、編隊(duì)抗毀能力，都需要與硬件同步演進(jìn)。但無論如何，量產(chǎn)關(guān)被打通，正是解決上述問題的前提。

不只是無人機(jī)

這項(xiàng)技術(shù)的潛在影響并不止于空中戰(zhàn)場(chǎng)。

水下導(dǎo)航歷來是原子鐘大展身手的領(lǐng)域，潛艇在深潛期間無法使用GPS，高精度原子鐘是維持精準(zhǔn)導(dǎo)航的核心依賴。體積更小、功耗更低的原子鐘，將直接提升潛艇及水下無人裝備的導(dǎo)航精度和自主作戰(zhàn)能力。

在戰(zhàn)場(chǎng)通信層面，精確授時(shí)同樣是加密通信、協(xié)同作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)高效運(yùn)作的基礎(chǔ)。原子鐘小型化，等于為這些系統(tǒng)注入了更可靠的時(shí)間基準(zhǔn)。

從更宏觀的視角看，時(shí)頻技術(shù)的自主可控，正在成為大國(guó)博弈中一條隱秘但關(guān)鍵的戰(zhàn)略縱深。此前，高性能芯片級(jí)原子鐘長(zhǎng)期由美國(guó)少數(shù)幾家企業(yè)壟斷，出口管制嚴(yán)格。武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)此次突破，被官方媒體定性為在這一領(lǐng)域打破國(guó)外壟斷的標(biāo)志性節(jié)點(diǎn)，而這種表述在中國(guó)科技報(bào)道語(yǔ)境中從來都不是隨意使用的。

精密時(shí)間，正在成為一種新的戰(zhàn)略資源。而這枚指甲蓋大小的芯片，或許就是撬動(dòng)這場(chǎng)博弈的支點(diǎn)之一

量子科技被列為國(guó)家未來產(chǎn)業(yè)之首，其中量子精密測(cè)量的核心正是原子鐘。陳杰華教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的世界最小芯片原子鐘，徹底打破國(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了體積更小、性能更優(yōu)、可規(guī)模化生產(chǎn)的全面超越，為我國(guó)量子產(chǎn)業(yè)發(fā)展搶占了國(guó)際先機(jī)。

當(dāng)前產(chǎn)品規(guī)模化放量仍受激光器性能和成本偏高制約，長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)集團(tuán)正依托資金與資源優(yōu)勢(shì)，協(xié)助企業(yè)攻關(guān)核心器件技術(shù)，推動(dòng)自動(dòng)化量產(chǎn)降本。未來隨著成本下降，芯片原子鐘將在軍用、民用通信等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大規(guī)模應(yīng)用，湖北也將進(jìn)一步鞏固在量子精密測(cè)量賽道的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

本文來源：武漢大學(xué)、頭條@人工智能學(xué)家； 版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，傳播相關(guān)技術(shù)知識(shí)；若侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)及時(shí)系我們，我們將根據(jù)著作權(quán)人的要求，及時(shí)更正、刪除或協(xié)商許可使用事宜，謝謝

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