2006年9月9日，搭载着中国首台星载铷钟的“实践八号”育种卫星发射成功。

工作中的航天科技集团五院西安分院科研人员。

2026年9月12日，是中国首台国产星载铷钟在轨20周年的日子。星载铷原子钟被称为导航卫星的心脏，是卫星产生超高稳定度时间基准的核心载荷，直接决定定位、测速、授时精度。20年前，航天科技集团五院西安分院的“造钟者”们把时间刻进星载铷钟，年复一年。钟房里，那方承载时频基准的金属匣子不断迭代，越做越小，守护着“中国时间”在浩瀚太空中稳稳跳动。

2006年9月9日，搭载着中国首台星载铷钟的“实践八号”育种卫星发射成功。9月11日，航天科技集团五院西安分院(以下简称“西安分院”)的科研人员赶赴卫测中心，为铷钟锁定做前期的准备工作。9月12日14时30分，“铷钟成功锁定！”这台由西安分院抓总，联合北京大学、510所研制的星载铷钟，第一次在太空失重环境下验证了性能，打破了海外技术封锁，化解了北斗工程建设的最大瓶颈，也彻底摆脱了受制于人的被动局面，属于中国太空的“时间心脏”，自此正式跳动。

拓荒起步　破冰突围啃下星载铷钟从0到1的硬骨头

在浩瀚的太空，铷钟作为导航卫星的频率基准，直接决定着定位、测距、授时精度，是其名副其实的“心脏”。

上世纪90年代，北斗工程立项之初，高性能星载铷钟完整技术体系被海外垄断，核心器件禁运、技术方案封锁。国内虽有30年原子钟理论研究历史，但样机始终止步于实验室，无法适应卫星发射时的强振动以及太空工作时的真空、高低温、强辐射等环境。想上天，性能、环境适应性、可靠性三道大关，横亘在眼前。

造中国人自己能用、上天稳得住的星载铷钟，成了西安分院铷钟研制人员必须完成的使命。

事实上，这条路早已悄然起步。“九五”“十五”期间，西安分院结合自身研制实力，联合高校与研究所预先开展了星载铷钟的研究，参与研制的单位有北京大学、510所等，到“十五”末，关键技术相继取得突破，实现了国内导航卫星铷钟原理样机研制零的突破。站在国家需求与单位长远发展的交汇点上，西安分院正式确立了星载铷钟国产化研制目标。

2004年，我国北斗导航项目正式启动。铷钟研发横跨量子力学、电子、热控多门学科。参数改动“牵一发而动全身”。为了确保微波链路性能指标，“造钟者”们一次次扎进元器件制造企业，反复测试器件性能。为优化一个可调电容，单元电路前后迭代十几轮，配套试验持续数月。针对铷灯真空过热难题，团队成员轮流值守在真空罐旁，持续监测改进效果。

业界前辈常说，原子钟的研制是“耗费生命的事业”。这句话，每一位“造钟人”都深有体会。

铷钟作为一套多重热控系统，对温度有着极高的要求。攻关中，经过卫星平台的努力，铷钟安装小舱的温控平台可实现16小时内温度变化不超过1℃。而铷钟内部的核心部件则有更高的要求，温度波动必须控制在0.1℃以内。由于真空条件下不存在空气对流，常规散热手段难以破解这一难题。如何抑制热辐射，成为亟待破解的当务之急。单铷钟的稳定度指标测试，就要不间断连续监测17天。一丝一毫环境波动，都会造成数据变动。那段日子，实验室的灯永远亮得最早，熄得最晚。无数个日夜的坚守和期盼，终于等来回响。

2006年，中国首台星载铷钟上天，在轨表现良好。2007年4月14日，北斗二号导航卫星成功发射，卫星搭载的西安分院研制的两台铷钟，在轨表现良好，并作为主钟使用，为北斗二号导航系统建设的“占频保轨”打下了坚实基础。至此，我国彻底摆脱进口铷钟的掣肘，国产星载铷钟实现从0到1的历史性跨越。

迭代跨越　对标一流为北斗锻造最强“心脏”

北斗二号首发星的成功，拉开了铷钟国产化的大幕。2012年，北斗二号卫星导航系统最后三颗卫星升空，国产铷钟全面取代进口铷钟，实现规模化在轨应用。

2009年，北斗三号卫星导航系统启动论证攻关，对星载铷钟提出更高指标：频率稳定度较北斗二号提升一个数量级，同时进一步压缩体积重量、延长在轨工作寿命。为了满足北斗三号对铷钟的指标要求，2010年、2011年，西安分院“造钟者”们相继启动北斗三号高精度铷钟、甚高精度铷钟的研制工作。

自主创新、追求卓越，新时代北斗精神落在图纸、测试与每一组数据之上。北斗二号所用第一代铷钟，体积、重量、技术指标，均无法满足北斗三号的要求。团队成员定下清晰目标：守住总体指标与可靠性底线，最大限度压缩整机重量。这里面既有参与过北斗二号淬炼的资深骨干，也有初入岗位的青年科研人员。新老接力，搭建起完备的技术梯队。

他们将第一代国产铷钟的设计经验与北斗三号高精度铷钟指标要求相结合，创新提出二次电源内置布局，将铷钟物理部分与温度敏感电路集中布置于控温层，一举改善了铷钟的长期稳定度指标和温度特性。为进一步提升整机性能，团队大胆优化设计，舍弃工业级芯片，仅用1片FPGA就实现了铷钟需要的信号输出。后续迭代中，又用ASIC芯片替换FPGA，在轨可靠性再上新台阶。

难题接踵而至。测试中，频率曲线出现了3.5天的周期性波动。产品责任人屈永晟和老专家们到钟房与大家探讨对策、推演机理，经过多次试验，问题被成功解决。第一台高精度铷钟进入真空罐进行测试后，结果令人振奋——相关指标取得了突破性进展。而甚高精度铷钟的攻坚，前后历时8年，从指标分解、方案论证到原理样机设计，研制团队接连攻克多项关键技术难题，产品技术水准跻身国际先进行列。

2017年11月5日，北斗三号首发双星奔赴太空，西安分院抓总研制的铷钟，稳定度相较北斗二号提升10倍。2020年，北斗三号组网收官两颗卫星发射升空，“造钟者”们为20颗北斗三号组网星研制了星载铷钟，之后继续保障备份星配套，累计为北斗卫星交付百余台铷钟产品。2020年7月31日，我国宣布北斗三号全球卫星导航系统正式开通，向全球提供服务。

从实现自主可用到比肩国际先进，西安分院锻造出强劲的北斗“中国心”，300万年差一秒，助力北斗定位、测速、授时能力跨越式提升，为建立中国时频基准、推动北斗导航系统更广泛应用提供了硬核支撑。

开疆拓土　双线并进从大国重器到商业星座

北斗三号组网完成，国家重大型号需求落地。与此同时，商业航天浪潮席卷而来。低轨互联网星座快速铺开，市场需求彻底转向轻量化、低成本、快速交付。传统铷钟的成本、体积，难以适配商业卫星批量配套需求。

步履不歇、征程再起。依托30余年铷钟核心技术沉淀，西安分院启动小型化商业铷钟专项攻关，加入卓越产品开发计划。双线并进，一边深耕国家重大型号任务，一边加速轻量化货架产品迭代。压力来自全新的节奏。过去做型号，用户问的是“指标能不能再高一点”，现在商业客户，第一句话往往是“多少钱，能不能快速批量交付？”

研发团队守住核心原子物理底层技术根基，对整机架构集约化重构。精简硬件模块，推进全面数字化升级，同步优化供应链管控，压缩制造成本。历经多轮方案迭代，小型化商用铷钟定型投产。最轻单机重量仅1公斤，模块化结构可灵活适配各类商业卫星平台，满足频率需求。

一面要守住性能不降，一面要严控成本，两道约束同时摆在面前。研制人员从设计源头破局，按照“关键设计保留冗余、非关键设计环节简化”的思路，在保障可靠性的前提下重构小型化铷钟整体方案。与此同时，专业化批产车间建成投用。2025年，新一代低成本数字铷钟完成太空首飞，在轨状态良好。2026年实现规模化量产，累计交付近200台，在轨数量超百台。西安分院国内星载铷钟市场占有率稳居行业首位。

从性能不降级到成本严控，从定制样品到货架产品，西安分院小型化铷钟走出一条“高性能、低成本、灵活兼容、在轨可靠、批量交付”的全链条开发之路。

时间无声，匠心永恒。从2006年首台国产星载铷钟入轨，到2020年北斗三号全球组网，再到今天小型化产品批量交付商业星座，西安分院的“造钟者”们几十年如一日的坚守，把时间的精度镌刻进中国航天的每一次“心跳”。他们的故事里，没有惊天动地的豪言，只有深夜钟房里不灭的灯光、真空罐旁的背影和测试屏前一次次滚动的曲线。正是这群与原子共振的人，让“中国时间”在浩瀚太空中稳稳跳动。

记者 关颖 通讯员 薛飞采写　图片均为资料图片 由受访单位提供