科技之神

第10章 去尼瑪的微創新

“堿金屬族元素諧振計時技術”這個名字聽起來有點高大上,許多理科基礎不好的看官或許會被嚇住。

但如果說這玩意兒的另一個通俗名稱“原子鐘”,基本上初中生都略有耳聞。

前面一個名字,只不過把技術路線特性都擺明在題面上了:原子鐘一般是利用元素最外層電子受激躍遷到高能電子層后、自然回落到低能層的自然共振周期,來實現精確計時的。

為了達到這一目的,選用的原子一般都是天然狀態下、最外層只有一個電子的元素,也就是高一化學課就教過的“堿金屬族元素”,氫鋰鈉鉀銣銫鈁。

理論上電子層數越多、最外層電子越活潑的元素,諧振頻率越快,制成原子鐘之后精度自然也就越高。所以氫原子鐘一般是同族當中精度最低的,但勝在便宜。

而到了最高的銫原子時,自然定義“最外層那個電子躍遷次的時間,為1秒”,可見精度有多高。(鈁是強放射性元素,半衰期只有22分鐘,基本不會用。所以到銫為止)

看到這兒,有些地球讀者就會詫異了:地球人為了阿波羅登月,60年代就造出氫原子鐘了,銣/銫那些也都在七八十年代陸續弄出來。藍洞星在這個領域的水平怎么這么辣雞?

說到底還是藍洞星航天發展緩慢,都靠商業衛星推動,所以70年代后期才有氫原子鐘。后續商業衛星對精度要求提升不大,也就靠修修補補提升精度,沒打算花大錢繼續搞代際顛復式創新。

東海大學的物理化學系,也算是國內比較頂尖的了。是至今為止國內少數幾所、仍然把推進這個技術路線擺在科研議程里的大學。

只不過,從五六年前開始,反正國家也不撥足夠的預算,也沒風投和企業家給錢換成果,那就爛尾擺著唄。

這就是周軒接觸這些領域時,面對的現狀。

所以,基于對業界需求現狀的認知,周軒聽表弟提到GPS時,第一反應是這樣的:

“GPS?這項目當然有所耳聞,不就是那個國際合作的全球定位系統么,主導方是大洋國。不過這玩意兒對原子鐘的精度要求,會比原先其他項目高很多么?但是這么高大上的項目,我們這種小基金能投的技術,又能有多少介入度?”

地球上的GPS計劃是美國一家自己搞的,因為那玩意兒94年初步完工,倒推回去算算日子,正好是李根總統任期內、搞“星球大戰計劃”時立的項。

但藍洞星上的GPS就是全球合作的典范了,因為藍洞星沒有發生過冷戰,也沒有濃烈的軍事對抗范圍,大洋國也想找一些冤大頭分攤一下費用——這個模式,倒是很像地球上2000年前后的國際空間站。那個項目就是USSR解體后,90年代貌似全球大同的氛圍下立項的。

東方國在GPS項目里投資占比是5,將來可以換取共享定位系統的商業數據使用權,其他國家也都各自投了幾個百分點。而大洋國一家投了60,但他們可以獨占軍事數據使用權,大致就是這么個合作模式。

不過事實上,東方國還是比較有追求的,暗地里還有一個暫時停留在紙面上的“南十字星導航系統”計劃。目前肯跟大洋國虛與委蛇合作,也是因為自己還窮、技術也落后,暫時先跟在后面積攢一些經驗、共享一些技術資料。

當然這些都是絕對保密的,周軒和顧玩都不知道“南十字星計劃”的存在。

面對表哥的技術質疑,顧玩的回答也很干脆:“合抱之木,起于毫末。別因為項目本身太高大上就畏懼、不敢去了解。任何一個偉大的項目,都是可以一級一級拆解成很多小目標的,這就是小科研團隊、小科技資本可以操作的空間。

具體到GPS上,原子鐘的精度一旦提升,可以讓整個系統的核心指標有極大的提升——確切的說,是計時器精度提高幾倍,定位精度就能提高幾倍。”

對于一個衛星定位系統來說,最核心的競爭力當然就是定位精度了。

所以一聽說新原子鐘居然能提升定位精度,周軒立刻就是眼神里閃過一絲貪婪的光芒。

“這個原理上是怎么實現的?計時精度怎么就能轉換成定位精度呢?還有你是怎么想到這些的?”周軒搓著手,忍不住追問。

同時他對表弟的能力也有些懷疑。

“你別忘了,我可是選送過國家物理奧賽隊的。有些時候,基礎好,善于聯想,就能融會貫通。”顧玩不得不先解釋一下自己的知識來源,讓表哥別懷疑他被外星人附體了,然后才開始解釋技術原理,

“至于原理,其實很簡單——GPS是根據三星測距法提供某個地面信號源的坐標定位的。所以說,‘測量某顆衛星與地面信源之間的距離’這一步的精度,就決定了定位的精度。

那么,GPS又是如何測定衛星與地面信源距離的呢?其實就是靠電磁波通訊時間乘以光速,就等于往返距離——當然具體到工程上,還要考慮大氣層的介電常數和相對磁導率,ε*μ)0.5公式,因為這不是全程在真空中傳播。

在其他傳統科研領域和航天遙感領域,幾十萬年慢一秒的原子鐘,和300萬年慢一秒的原子鐘,其實沒什么差別。但是在光速測距問題上,誤差就被放到極大了,因為光速太快,一秒大約30萬公里,所以誤差1毫秒也有300公里,1微妙300米。

一部幾十萬年才慢1秒的氫原子鐘,在太空上無校準使用幾個月甚至一兩年后,累計誤差可能有幾微妙,相應的定位誤差就可能有幾百米。

而如果研發了銫原子鐘作為GPS衛星的測距定時器,誤差就可以縮小到五六十米,而且將來只要銫原子鐘進一步深挖潛力,這個精度還能提高——這不就找到巨大的商業化變現可能性了么?

你想想看,目前那么多互聯網送飯打車和電商。按照目前的GPS精度規劃,那是只能用于軍事和科研遙感定位的,未來沒有進一步服務于電商乃至互聯網的想象空間。而一旦精度能提升一個數量級,甚至更多,未來的適用范圍簡直無法想象。”

聽表弟這么深入淺出地一解讀,周軒頓時就覺得原先無比高大上的項目,竟然有了他這種小人物也參與的操作空間。

太神奇了。

GPS很牛逼?那又如何,咱搞不定那些宏大的偉業,但也能拆出一個個小目標,先投錢解決其中一個小目標啊。

而且是提升最核心競爭力的一個小目標。

“太不可思議了……聽你這么一說,似乎就是捅破一層窗戶紙的事兒啊,可那么多科學家和資源統籌的各國技術官僚,怎么就沒想到呢?我總覺得這里面有些不對勁。連你都能想到。”周軒覺得太順利了,以至于忍不住自我懷疑。

這個問題顧玩也沒有答案,只能推演分析一波:“這個么,我覺得是懂商業的人不懂技術,懂技術的人不懂商業,導致了一些燈下黑——大洋國方面一開始只是為了軍事定位才搞的GPS,他們也沒想過用衛星直接給導彈制導,那只是大范圍索敵或者搜救定位用的,所以幾百米的定位精度就夠用了。

你想想,要是一個飛機或者一艘潛艇出事兒了,要派增援去搜救,這時候就算定位誤差幾百米,其實沒什么關系,因為搜救飛機到了那兒居高臨下看一眼,誤差幾百米也能找到。

可是商業界、尤其是互聯網產業界,將來可以發展出的對精確定位的需求,就不是幾百米誤差能滿足的了,因為兩者應用場景不同。

NASA的科學家不理解互聯網企業家需要多高精度、肯額外掏多少錢換取提升精度。而互聯網企業家不知道提升一點精度需要多花多少錢,這里面的溝通不暢、不對稱,或許就造就了我們撿漏的機會吧。”

這種說法讓周軒深有同感:“這倒是……別說大洋國的科學家敢怎么開口了,光是我看到的咱東海大學那幫專家教授,那叫一個敢開口哦。一臺銫原子實驗機試制費,就敢報百萬美元,至于整體實驗經費,都沒個準,至少千萬美元級起步。”

(注:美元是大洋國貨幣單位的俗稱,學名叫“大洋元”。之所以這么俗稱,只是因為大洋國的錢印刷得比較漂亮,別瞎聯想。)

周軒原先也覺得科學家們報價太高了,但事實上確實要這個價。因為重堿金屬元素鐘跟氫原子鐘相比,有好多額外的新技術瓶頸,比如需要用到“原子噴泉”技術。徹底攻克這些難關,千萬美金級別的投入肯定是要的。

從氫原子鐘到重堿金屬元素鐘的提升,并不是線性的,而是有點像“當你要造一架極速900公里的飛機時,你可以在成熟的活塞螺旋槳飛機上繼續修修補補挖潛”,但當你想要造超音速飛機時,再怎么修補優化都沒用了,必須突破噴氣機技術。

重堿金屬元素鐘用到的“原子噴泉”技術,就相當于是橫亙在活塞和噴氣之間的那一道坎。

初始的噴氣機戰斗力不一定有巔峰的活塞機厲害,這也是純商業考慮衡量時,大家傾向小步快跑、快速迭代,但不愿意做代際顛復突破的原因。

畢竟元首那樣瘋狂、不考慮性價比配置科研資源的毒菜者不多。

商業嘛,還是抄抄剽剽微創新比較來錢。

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