面對院長下意識的提問,顧玩笑了。
爲什麼要做可以便捷重置出兩套初始諧頻的原子噴泉?
他很樂意回答這個惠而不費又能裝逼的問題:
“因爲這型銫原子鐘,在首次投入商用的時候,就是要分兩類用途的。一批會放在地面宇航中心,比如休斯頓的NASA總部,另一批是跟着GPS衛星發射到環繞軌道上的。
根據最簡單的愛因斯坦狹義相對論,物體運動的速度越快,就會導致其時間流逝變慢。GPS衛星的軌道在離地19000公里,所以環繞速度遠低於第一宇宙速度,只有大約3.9公里每秒。
而地面中低緯度,比如大洋國得州的休斯頓,地球自轉線速度還不到400米每秒。(赤道上能超過460米,因爲那裡地球旋轉半徑最大)
GPS衛星環繞速度跟地面宇航中心跟着地球自轉線速度的速度差,有3.5公里美妙左右,相當於十萬分之1.17的光速。
所以,我們粗略估算,GPS衛星上的時間流逝,每天大致要比地面宇航中心慢一百多微秒。
當然,這個結果只算了狹義相對論中的速度對時間的影響,還沒算廣義相對論下引力對時間的扭曲。這個計算過程就複雜一些,您可以看我材料上寫的。
最終結論,應該是引力-時間扭曲比速度-時間扭曲略大一些,能抵消掉大部分,但還是有20~30微秒每天的誤差累積量。
所以,如果不在原子鐘的原子噴泉層面、就對天地兩種噴泉的預設諧頻進行差異微調,那麼後續就要用更多麻煩的方法、增設外部機構,進行後段通訊校準了。
根據我的計算,如果地面靜態銫原子鐘使用了91億9263萬1770次的標準諧頻。那對於衛星上那些原子鐘,該把噴泉諧頻降速到91億9150萬次左右,大致就能天然解決這個問題。”
(注:上面那個計算,用到廣義相對論下的固有時-引力場度規關係方程,但是網站打字不支持顯示那麼複雜的公式,打不出來。有興趣的可以自己去查相關物理學專著。
其實我本來打算撿起大學物理課本自己算一遍的,後來發現畢業十幾年了,做題能力下降嚴重,太浪費時間,就網上找了個數據。硬核書友別擡槓,原理肯定是對的,只是計算過程我沒自己算。)
顧玩這番答案剛說完,丁院長就有一股“這麼簡單的道理,爲什麼別人沒想到”的懊悔感。
就像是那些領導在自己的球隊因爲低級失誤惜敗後,忍不住想拍斷大腿時那種懊悔。
愛因斯坦的相對論,丁院長當然是熟得不能再熟了,屬於睡着了都能解出來的那種熟。對丁院長而言,那就是託兒所嬰童的水平。
但是,把這麼簡單的道理,跟原子態控制、航天的工程應用,瞬間想到結合起來,那就不容易了。
這就從託兒所嬰童上升到了小學三年級數學應用題的水平了。
丁院長大致知道顧玩算得沒錯,但他也不懂航天衛星工程,也不懂GPS、原子鐘精度,所以隨口問了一句:
“這個誤差量,有多重要?”
顧玩想了想,決定用最通俗的方式解釋:“這麼說吧,把銣原子鐘升級到銫原子鐘,所提升的精度,都不到每天30微秒呢。所以,如果無視導航衛星的相對論時間誤差,那就相當於把升級了一代原子鐘所提升的精度,都白白浪費了,甚至更多。
具體到測距精度上,至少每天能累計幾公里的定位誤差吧。要是用了那種沒有考慮相對論時間流逝速度誤差的導航衛星,你人在玄武湖邊學校裡,定位結果說不定就判定你在夫子廟。”
這就很形象了,直接把在金都呆了十幾年的丁院長都給逗樂了。
人在玄武湖,定位定到夫子廟,那破衛星肯定是不能用的啊。
任何微小的物理量誤差,一旦乘上了“光速”之後,都會放大誇張到不容忽視。
丁院長嘆息了一聲,最後確認道:“那你怎麼保證東海大學的人,真沒想到這一點呢?那麼重大的事兒,沒想到,合適麼?”
顧玩覺得合適。
因爲歷史上,地球上的美國人,第一次發射GPS測試星的時候,也沒想到。
原子鐘的研究部門,和導航衛星的研究部門之間,缺乏全局聯動的溝通。
任何看似容易的事情,在全人類第一次做的時候,都是會有很多跨圈的簡單耦合,想不到的。
這是地球上真實發生過的歷史。
當然了,後來這個問題倒也沒造成多嚴重的後果,因爲美國人發現後,後面的量產衛星就調整了,還加入了經常對時間的機制,無非複雜一點。
但是,顧玩既然能夠重來一遍,這就是他撿漏的機會,把事情做得更簡潔。
只是,這裡面的“歷史知識”部分,顧玩不能直接拿來跟定院長說。
他只能曲線迂迴地烘托:“我知道,袁熊至今還沒想到這一點,因爲他的研發還沒做到這一步。而且,他只關心原子鐘,不關心GPS這個整體系統工程的耦合。
就算有問題,他肯定也覺得這該是明年2月份交付之後再去見招拆招的。而且,我說過,袁熊的可行性報告和立項文件,其實都是在我影響下誘導的。我知道他沒想到啥。”
明年2月份,是銫原子鐘交付國際合作、與衛星進行最後發射前耦合的Deadline。
而GPS二號測試星,要明年暑期檔纔會正式發射呢。那個時間點是改不了的,世界各國都看着呢。
聽到這兒,丁院長都不禁深深地吸了一口氣。
顧玩的深思熟慮程度,讓他不得不承認:這小子有兩把刷子。
你說他每一門課研究多深入吧,也不見得。
但就是跨圈聯想、高屋建瓴的眼光賊好。
這是老天爺賞飯吃,羨慕不來的。
丁院長由衷感慨:“顧同學,我不會看錯人的。你將來,不一定能有多大的一線科研專精成果,但是整合科研資源、協調系統科研工程的能力,不會差的。假以時日,說不定能成爲多恩伯格或者馮布勞恩吧,後生可畏啊。”
“那您是同一利用本校的實驗室資源,做‘原子噴泉’這個子項的研發了?”顧玩等的就是這一刻。
丁院長:“原則上,可以拿去會上討論。不過那樣的話,能申請下來公費,研究成果可就屬於學校了。看你這架勢,是想引入社會資本、委託研發?”
如果走國家經費的科研,那流程肯定很複雜。
但是,如果拉到資金來源,由投資人按市場價租用學校的儀器設備、給科研人員發研究津貼(其實就是第二份工資,和獎金),並且在合同裡明確好的話。
那麼,流程就要簡單很多,將來成果的商業價值歸屬也會很清晰。
顧玩感激地說:“我有辦法找到錢,甚至,可以直接想辦法,從東海大學已經拿到的項目裡,摳一部分預算下來——因爲東海大學那邊,不用做‘原子噴泉’這個子項之後,本來就不應該用得掉2000萬美元的預算了,他們的工作量也減少了。
不過,這個可能需要我們先佔住技術論證的高點,比如論證他們目前的做法、技術路線,做出來的原子噴泉可能沒法達到最優效果,這樣纔好給主管部門的科委以及資方一個交代。”
丁院長搖搖頭:“事情不可能有你想的那麼簡單,而且那樣的話,說到底還是風投基金賺了全部,左手倒右手,還不如讓國家賺呢。
不過,技術論證的前奏,我會安排下去。你相關的論文,該公開的公開,該發表的發表,比如那個計算GPS衛星運動、引力帶來的時差校準問題,就發表在我們的《東方物理學報》上吧,這些想法沒什麼知識產權可言,公佈出來之後,無非是科研競賽,看誰能說服投資人唄。”
《東方物理學報》是中科院和中央科大合辦的一個期刊,大致對標地球上的《中國物理學報》。
不過因爲藍洞星上的中央科大比地球上的南大要強不少,所以《東方物理學報》也算是國內第一的物理學期刊了,SCI的影響因子大約有5以上,在國內已經非常頂級了。
國內如今影響因子過10的科學期刊不是沒有,但那些往往門類更加細分,專攻於某一個細分方向。
而一級學科期刊,被短板拖後腿平均,能有5的影響因子,絕對算牛逼了。
顧玩的想法被公佈之後,東海大學當然能抄。
但顧玩不怕抄,因爲對方臨時論證的話,時間上可能來不及。
更重要的是,丁院長提醒了他:就算時間來得及,但只要投資方有信心相信他來不及,那投資方也有藉口撤掉一個子項、強行撮合,要求東海大學方面交出這一個細分子項,然後給中央科大這邊做,最後雙方聯合研發、各自分包。
就跟開發商把工程總包出去之後,施工到一半,發現承包商沒這個實力一家獨吞幹完,所以二三四五六包層層轉包,一個道理。
只不過,私下轉包是違法的,但是通過資方開會、甚至資方都覺得應該轉包,流程手續完備,那就完全沒問題。
“那我這就去準備論文……來得及發表在國慶之後那一刊上嗎?”
“我幫你打招呼加塞,還有什麼來不及的?”丁院長說這句話的時候,不禁有一分虎威。
——
PS:昨天已經到400活粉了,感謝大家的支持,今天按承諾會加更,下午4點多、5點前,還會有第三更。