回望自北斗开始的漫漫征程，由于国外技术封锁，北斗人一路拓荒前行，“摸着石头”寻找国产化发展之路
回顾我国北斗工程建设历程，北斗一号实现了中国导航卫星从无到有，使我国成为继美、俄之后第三个拥有导航卫星的国家。当时国外对我国实施严格的技术封锁，国内的部件厂家尚未成熟，北斗人只能“摸着石头过河”。
无“钟”之困、缺“芯”之忧、布“站”之难……自主创新的过程注定是艰苦的，但只有坚定不移地走下去，才能把命运牢牢掌握在自己手中
无“钟”之困、缺“芯”之忧、布“站”之难……在北斗系统一路走来的过程中，最不缺少的就是一个又一个难题和难关。自主创新的过程注定是艰苦的，但北斗卫星导航系统的研发人员深知关键核心技术是花钱买不来的，即使买来了也是不可靠的，引进仿制的路子也走不远，只有坚定不移走自主创新之路，才能把命运牢牢掌握在自己手中。
阳光总在风雨后，面对没有自己的原子钟和芯片、区域布站条件下实现全球服务等看似难以逾越的“娄山关”“腊子口”，北斗人凭借滚石上山的毅力和勇气，走出了一条自主创新、追求卓越的发展道路。
“现在几点了？”这是我们生活中每天都要面对的问题。而为我们提供答案的不是身边的钟表，而是天上的导航卫星。授时是北斗卫星导航系统的一个重要功能。跨海大桥、海底隧道，许多台起重机一起合作，动辄上千米的作业面，时间上差一点，就会“失之毫厘谬以千里”。
授时精度取决于导航卫星的“心脏”——原子钟。由于星载原子钟机理复杂、技术难度极大，美国、俄罗斯、瑞士等少数国家曾长期垄断这项技术。遗憾的是，我国科研团队为北斗卫星设计的第一台原子钟效果差强人意，不仅在工作时经常出现“突跳”，精度与国际水平也相差甚远。能否突破原子钟技术瓶颈，关系到我国北斗系统建设的成败。
在中国科学院武汉物理与数学研究所研究员梅刚华的办公室里，至今收藏着几抽屉的试验品，它们被梅刚华视若珍宝，见证着课题组20年来的艰难求索。“原子钟的核心部件微波腔只有一个胶卷大小，要在里面特定位置打几个槽，测量宽度和深度，在当年没有计算机模拟仿真技术时，只能一点点摸索、一点点打磨。”梅刚华说，仅这一项技术，他们就进行了上百次试验。最终，具有全新结构和工作原理的开槽管式微波腔研制成功，这一研究利用小体积原子气室激励出高强度原子跃迁信号，获得了中、美两国发明专利授权。
除了武汉物理与数学研究所之外，航天科技集团空间技术研究院、航天科工集团二院203所等单位也对星载铷原子钟一系列关键技术开展攻关。这是一项非常“熬人”的工作，为了保证24小时不间断测试，科研人员经常是白天调试，晚上盯在测试仪器前，观察数据，一测就是一整夜。在日夜兼程进行调试的阶段，大家就像上了发条的“钟”一样连轴转。2005年，航天科工203所交付了我国首批两台星载铷原子钟工程化初样鉴定机，标志着我国原子钟自主化迈出了一大步。2007年，赶上了为争夺频率资源提前发射的北斗试验星，我国自主研制的星载铷原子钟上天服役。2008年前后，梅刚华团队成功研制出具有完整自主知识产权、满足航天工程要求的星载铷原子钟正样产品，做到计时精度与美国GPS系统同期技术相当，打破了国外技术垄断和封锁，并批量用于“北斗二号”卫星，中国的北斗终于装上了一颗“中国芯”。
如今，“北斗三号”全球系统上的星载原子钟计时精度达到100亿分之3秒，与美国GPS卫星最新一代星载铷钟并列，跻身国际顶尖水平，可以满足分米级导航定位需求。打个比方，如果汽车装载了北斗卫星导航定位系统，那么它提供的位置精度比车道间距还要小，这样就能够帮助驾驶者规避堵车，也能保障行驶安全。
“北斗的研制，是中国人自己干出来的。‘巨人’对我们技术封锁，不让我们站在肩膀上。唯一的办法，就是自己成为‘巨人’。”李祖洪说。
原子钟作为卫星导航系统的心脏，为整个系统提供精确的时间基准，也是在北斗一号系统的时候，我们原子钟是购买美国的，到了北斗二号的时候，我们投资的有欧洲的“伽利略导航系统”，因为那是欧洲的“伽利略导航系统”也正在发展，他们的原子钟还有没有入轨，因此他们的原子钟也没有得到验证。
后来我们就自己研发我们的“原子钟”，在2007年我国自主的“铷原子钟”上了天空。但是因为技术的原因，那时我们“原子钟”相比美国还是落后的。但是在夜以继日的技术攻关之后，在2012年我国的原子钟技术已经达到了世界一流的水平。在2015年时我国首台的被动原子钟也顺利入轨，至此我国在“原子钟”的发展也实现了里程碑。
落后就要挨打，打破国外技术垄断的唯一出路就是潜心研究，自主研发。能力图片展示和讲述，使学生了解代表卫星导航系统最高技术含量和关键服务性能的北斗系统的核心部件——原子钟技术的突破历程，使学生认识到，科学上的任何成就都不是信手得来，水到渠成的事，必须经过艰苦卓绝的努力和不怕牺牲的精神。
图1 北斗铷原子钟 图2 北斗铷原子钟
图3 北斗铷原子钟
图4 原子钟是卫星导航系统的“心脏”
图5 原子钟对卫星导航系统的重要性
（本文基于网络资料整理，仅用于课程思政教学使用，无任何商业用途。）
