우주용 원자 주파수 표준기 기술 동향

Technical Trends of Atomic Frequency Standard in Space

1970년대 이후로 지금까지 450여개의 원자 주파수 표준기 (또는 원자시계)가 통신이나 과학 실험의 목적으로 우주로 발사되었다. GPS 위성의 경우 루비듐 주파수 표준기와 세슘 주파수 표준기가 탑재되어 사용자들에게 정밀한 위치와 시각을 제공하고 있다. 원자 주파수 표준기 개발 기술이 향상됨에 따라 성능이 뛰어난 주파수 표준 기들이 우주에서 동작하고 있고, 이는 위성의 수명이나 신뢰도를 높일 수 있다. 본 논문에서는 원자 주파수 표준기의 기본 원리 및 특성에 대해 기술하고, 위성에 탑재되어 있는 우주용 원자 주파수 표준기 종류에 대해서 소개한다. 또한 GPS 항법위성의 기준이 되고 있는 GPS 시간척도와 이를 활용한 응용분야에 대해서 기술한다.

There have been about 450 atomic frequency standards (or atomic clocks) launched into orbit for the use on communications and scientific payloads since 1970's. GPS satellites carry on-board Rubidium and Cesium atomic frequency standards which are utilized for the precise positioning and timing. The evolving technologies of space qualified atomic frequency standards have enhanced in the performance, reliability, and lifetime of satellites. In this paper we describe the fundamentals and performance of the atomic frequency standards, and introduce the atomic frequency standards which are presently on-board various satellites systems. We also present the GPS time scale and its applications.