原子钟是将振荡器的频率锁定在原子极其稳定的量子化能级上，它对于深空探索和全球导航卫星系统等导航应用是至关重要的，并且还是解决基础物理学问题的有效工具。

这种卫星系统利用由原子钟通过量子精密测量得到的信号传播时间和传播速度来计算位置。尽管具有低不稳定性的太空原子钟是全球导航的一项使能技术，但由于在太空运行的严格性会导致其性能收到限制。因此，它们尚未应用在深空探索的导航中，仅在天基基础物理研究中有一些有限的应用。

而新的技术——电磁捕获和冷却离子等方法——将彻底改变原子钟的性能。在光学体系上运行的陆地俘获离子钟性能要比传统原子钟实现了数量级的提高，并已成为美国国家计量实验室研究计划的关键组成部分，但将这项新技术送往太空运行仍然具有挑战性。

近日，来自美国加州理工学院的一个研究团队，他们展示了在太空中运行的俘获离子原子钟的实验结果。该时钟于2019年发射，已在太空中运行了12个月以上，并证明了它在23天时的长期稳定性为3x10的负15次方。

此前，美国宇航局在地面上已经展示了这种深空原子钟具有1.5x10的负13次方除τ的1/2次方(其中τ是平均时间)的短期分数频率稳定性。

研究人员表示，这种深空原子钟特别适合太空环境，因为它对辐射、温度和磁场的变化不敏感。这种深空时钟的性能水平将实现单向自主导航，并可在原地测量信号延迟时间，使深空探测器的近实时导航成为可能。（编译:Qtech）