“追時(shí)間的人”：他們?cè)O(shè)計(jì)的原子鐘上萬年才會(huì)有一秒誤差
新華社北京２月１４日電?題：“追時(shí)間的人”：他們?cè)O(shè)計(jì)的原子鐘上萬年才會(huì)有一秒誤差
新華社記者胡喆
春節(jié)前，我國(guó)采取“一箭雙星”方式，成功發(fā)射北斗三號(hào)第五、六顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。不僅在發(fā)射場(chǎng)，在全球各地，許多默默無聞的工作人員，仍在為“中國(guó)北斗聯(lián)天下”的目標(biāo)而堅(jiān)守。
“時(shí)間都去哪兒了？”在北京西郊的中國(guó)航天科工集團(tuán)二院２０３所，就有這樣一群“追時(shí)間的人”。如何讓中國(guó)導(dǎo)航衛(wèi)星的時(shí)間“萬年誤差一秒”，是他們孜孜以求的目標(biāo)。新春將至，他們的時(shí)間之旅未曾停歇。
“萬年誤差一秒”：僅少數(shù)國(guó)家具有獨(dú)立研制能力的原子鐘
導(dǎo)航衛(wèi)星的時(shí)空精度，是標(biāo)注導(dǎo)航系統(tǒng)先進(jìn)程度的“卡尺”。此次發(fā)射的兩顆北斗三號(hào)導(dǎo)航衛(wèi)星上，均裝載了２０３所研制的高精度星載銣原子鐘，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平——上萬年才會(huì)有一秒誤差。
“２０１５年９月３０日，２０３所第一臺(tái)氫鐘上星；２０１６年２月１日，北斗二代二期第二顆試驗(yàn)星，２０３所第二臺(tái)氫鐘；２０１８年１月１２日北斗三號(hào)組網(wǎng)一箭雙星，２０３所第三臺(tái)、第四臺(tái)氫鐘隨之而上……”對(duì)于氫原子鐘的發(fā)射時(shí)間，團(tuán)隊(duì)骨干王文明博士如數(shù)家珍。他笑著說：“這些時(shí)間對(duì)于我們來說是刻骨銘心的，比孩子的生日都記得清。”
生活中常以分秒來計(jì)時(shí)，在當(dāng)今太空探測(cè)、通信導(dǎo)航、天文觀測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，越來越需要更精密的時(shí)間測(cè)量，時(shí)間常常被準(zhǔn)確到萬分之一秒，甚至百萬分之一秒，為了達(dá)到要求，許多精密的計(jì)時(shí)器誕生，原子鐘就是其中之一。
據(jù)了解，原子鐘是利用原子在不同能級(jí)（數(shù)值高度確定）吸收或釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波的頻率的周期作為計(jì)時(shí)單位的。由于這種電磁波產(chǎn)生于原子內(nèi)部微觀運(yùn)動(dòng),其頻率屬于自然頻率，所以非常穩(wěn)定。其研發(fā)涉及量子物理學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等眾多學(xué)科，目前國(guó)際上僅少數(shù)國(guó)家具有獨(dú)立研制能力。
媲美“ＧＰＳ、伽利略”：十年磨礪“鐘成功”
在北斗三號(hào)第三、第四顆組網(wǎng)衛(wèi)星上，已經(jīng)應(yīng)用的氫原子鐘在重要技術(shù)指標(biāo)，如頻率穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度及日漂移率等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。它應(yīng)用可使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具備更高的定位精度、全球覆蓋及較長(zhǎng)的自主導(dǎo)航能力，顯著降低北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球應(yīng)用時(shí)的校時(shí)壓力。
為了攻克關(guān)鍵技術(shù)，研制團(tuán)隊(duì)可謂是“追著時(shí)間做時(shí)間。”原子鐘的調(diào)試測(cè)試周期都很長(zhǎng)，尤其在調(diào)試測(cè)量日頻率穩(wěn)定度時(shí)，一改錐下去、打開機(jī)蓋，就意味著要等１５天時(shí)間，才能準(zhǔn)確評(píng)估這臺(tái)鐘是否達(dá)標(biāo)，兩改錐就一個(gè)月出去了。２０３所原子頻率標(biāo)準(zhǔn)研究室主任高連山說，“原子鐘要花費(fèi)大量時(shí)間來進(jìn)行調(diào)試，這是一項(xiàng)對(duì)工程經(jīng)驗(yàn)要求極高又極耗費(fèi)精力、時(shí)間的心血活兒，成功來之不易。”
２０３所黨委書記韓志平表示，２０３所是國(guó)內(nèi)唯一同時(shí)具有氫鐘、銣鐘、銫鐘生產(chǎn)能力的研制單位，在當(dāng)前全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，美國(guó)ＧＰＳ采用了銫原子鐘和銣原子鐘結(jié)合的方式。歐盟的伽利略、俄羅斯的三代格洛納斯以及我國(guó)正在建設(shè)的北斗三號(hào)，均采用銣原子鐘和被動(dòng)型氫原子鐘相結(jié)合的授時(shí)方式。
２０３所團(tuán)隊(duì)用了近十年的時(shí)間，相繼解決了一系列技術(shù)問題，使星載氫鐘長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度大幅提高，增強(qiáng)了整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性。最終攻克了指標(biāo)優(yōu)化，整機(jī)小型化、輕量化技術(shù)研究，空間環(huán)境適應(yīng)性、可靠性與長(zhǎng)壽命技術(shù)研究等關(guān)鍵技術(shù)難題。
“目前，２０３所研制的星載氫鐘在技術(shù)性能及可靠性上均達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，可與世界其他三大導(dǎo)航系統(tǒng)相媲美。”韓志平說。
精益求精不心存僥幸 成功的秘訣源于熱愛
又是一年新春時(shí)，２０３所這些“追時(shí)間的人”，沒有放慢腳步。產(chǎn)品技術(shù)攻關(guān)階段曾有兩年最為艱辛，２０３所氫原子鐘團(tuán)隊(duì)的小伙子們幾乎全年無休，只有過大年才放了三天假。
“出去吃飯的時(shí)候，街上冷冷清清，飯館都關(guān)門了，大家才反應(yīng)過來，這是過年了，人家都回家過年去了。”王文明告訴記者，在他們的腦海里，沒有過年的概念，只想著盡快把我們自己的鐘研制出來。
在軌服役的氫原子鐘電離啟輝問題，是２０３所原子鐘團(tuán)隊(duì)面臨的一個(gè)重要技術(shù)難題。“歐洲伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)的星載氫鐘，就是因?yàn)闅溏婋婋x泡啟輝異常導(dǎo)致整鐘失效。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李晶介紹，在攻克電離泡啟輝的難題中，要把電離泡點(diǎn)亮，不僅要能亮，還要每次都亮，而且要一直亮，要精益求精不心存僥幸。
星載氫原子鐘攻關(guān)過程中，２０３所星載原子鐘團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了諸多從無知到有知再到深知的過程。“只有過來人才能體會(huì)那種痛并快樂的過程。”王文明說。
時(shí)間都放在做科研上，不枯燥嗎？李晶向記者坦言：“作為國(guó)家重大戰(zhàn)略，任務(wù)來了，我們責(zé)無旁貸，必須要干，而且還要出色完成任務(wù)，這是使命感；作為一個(gè)專業(yè)，這需要發(fā)自內(nèi)心的喜歡，徜徉于原子鐘研制的海洋里，如愛好一般不能自已。”
新春的鐘聲即將敲響，當(dāng)千家萬戶歡聚一堂、共話美好時(shí)光的時(shí)刻，這群“追時(shí)間的人”永遠(yuǎn)在路上，他們探索科學(xué)的時(shí)空，沒有邊界。
