Research and Application Progress of Atomic Magnetometers for Aerospace

doi:10.3981/j.issn.2097-0781.2022.01.013

Science and Technology Foresight ›› 2022, Vol. 1 ›› Issue (1): 159-168.DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2022.01.013

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Research and Application Progress of Atomic Magnetometers for Aerospace

WANG Xuefeng¹^,²(), DENG Yicheng¹^,², XU Qiangfeng¹^,², LI Mingyang¹^,², LU Xiangdong¹^,², LI Jianjun¹^,², LIU Yuanxing¹^,²

1. Beijing Institute of Aerospace Control Devices, Beijing 100854, China
2. Quantum Engineering Research Center, China Aerospace Science and Technology Corporation, Beijing 100094, China

Received:2022-02-21 Revised:2022-03-10 Online:2022-03-20 Published:2022-04-21

宇航用原子磁力仪研究与应用进展

王学锋¹^,²(), 邓意成¹^,², 徐强锋¹^,², 李明阳¹^,², 卢向东¹^,², 李建军¹^,², 刘院省¹^,²

1.北京航天控制仪器研究所,北京 100854
2.中国航天科技集团有限公司量子工程研究中心,北京 100094

作者简介:王学锋,研究员,博士研究生导师。现任北京航天控制仪器研究所副所长,中国航天科技集团有限公司量子工程研究中心主任,中国光学工程学会常务理事。国家“万人计划”科技创新领军人才,国防科技卓越青年科学基金获得者,国务院政府特殊津贴专家。主要从事航天光电测量方面的研究。获国家技术发明奖二等奖、国防技术发明奖一等奖、中国计量测试学会科学技术进步奖一等奖等。电子信箱： xuefeng_wang@sina.cn。

Abstract

Abstract:

The measurement of magnetic fields plays an important role in scientific research and human life. For example, geomagnetic variations can be used in earthquake prediction, and the changes in heart and brain magnetic field distributions contribute to the diagnosis of cardiovascular and cerebrovascular diseases. Characterized by high precision, several kinds of atomic magnetometers with different principles have been developed, and their performance keeps improving. This paper mainly discusses the key technologies, research progress, existing gap and development suggestions concerning atomic magnetometers. Future research of atomic magnetometers for aerospace should focus on accuracy and sensitivity improvements, miniaturization, calibration and tensor measurement to promote the advancement in magnetic field measurement and application in China.

Key words: atomic magnetometer, magnetic field, Zeeman effect, sensitivity, calibration

摘要：

磁场的测量对科学研究和人类生活具有重要作用,如地磁变化与地震关系、心脑磁场分布变化与心脑健康关系等。原子磁力仪是一类高精度的磁力仪,已经发展了多个原理的传感器,性能不断提升。文章主要论述了原子磁力仪的研究进展、应用现状、存在的问题和宇航用原子磁力仪发展建议,认为应进一步提高精度和灵敏度、加强轻小型化、标定测试方法和张量测量等研究,以促进中国磁场测量科学进步和应用对社会的贡献。

关键词: 原子磁力仪, 磁场, 塞曼效应, 灵敏度, 标定

WANG Xuefeng, DENG Yicheng, XU Qiangfeng, LI Mingyang, LU Xiangdong, LI Jianjun, LIU Yuanxing. Research and Application Progress of Atomic Magnetometers for Aerospace[J]. Science and Technology Foresight, 2022, 1(1): 159-168.

王学锋, 邓意成, 徐强锋, 李明阳, 卢向东, 李建军, 刘院省. 宇航用原子磁力仪研究与应用进展[J]. 前瞻科技, 2022, 1(1): 159-168.

Figures/Tables 5

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卫星	国家/机构	时间	类型	测量范围/nT	绝对精度/nT
MAGSAT	美国	1979年	光泵磁力仪	15000~64000	0.5
Osrted	丹麦	1999年	质子磁力仪	16000~64000	0.5
CHAMP	德国	2000年	质子磁力仪	16000~64000	0.5
SWARM	欧洲航天局	2013年	质子磁力仪	15000~65000	0.3
张衡一号01星	奥地利	2018年	CDSM	1000~100000	0.3
张衡一号02星	中国	待发射	CPT原子磁力仪	500~100000	0.2

卫星	国家/机构	时间	类型	测量范围/nT	绝对精度/nT
MAGSAT	美国	1979年	光泵磁力仪	15000~64000	0.5
Osrted	丹麦	1999年	质子磁力仪	16000~64000	0.5
CHAMP	德国	2000年	质子磁力仪	16000~64000	0.5
SWARM	欧洲航天局	2013年	质子磁力仪	15000~65000	0.3
张衡一号01星	奥地利	2018年	CDSM	1000~100000	0.3
张衡一号02星	中国	待发射	CPT原子磁力仪	500~100000	0.2

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