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“追時間的人”:他們設(shè)計(jì)的原子鐘上萬年才會有一秒誤差

2018年02月14日 16:57:00 來源: 新華網(wǎng)

  新華社北京2月14日電?題:“追時間的人”:他們設(shè)計(jì)的原子鐘上萬年才會有一秒誤差

  新華社記者胡喆

  春節(jié)前,我國采取“一箭雙星”方式,成功發(fā)射北斗三號第五、六顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。不僅在發(fā)射場,在全球各地,許多默默無聞的工作人員,仍在為“中國北斗聯(lián)天下”的目標(biāo)而堅(jiān)守。

  “時間都去哪兒了?”在北京西郊的中國航天科工集團(tuán)二院203所,就有這樣一群“追時間的人”。如何讓中國導(dǎo)航衛(wèi)星的時間“萬年誤差一秒”,是他們孜孜以求的目標(biāo)。新春將至,他們的時間之旅未曾停歇。

  “萬年誤差一秒”:僅少數(shù)國家具有獨(dú)立研制能力的原子鐘

  導(dǎo)航衛(wèi)星的時空精度,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)到國際先進(jìn)水平——上萬年才會有一秒誤差。

  “2015年9月30日,203所第一臺氫鐘上星;2016年2月1日,北斗二代二期第二顆試驗(yàn)星,203所第二臺氫鐘;2018年1月12日北斗三號組網(wǎng)一箭雙星,203所第三臺、第四臺氫鐘隨之而上……”對于氫原子鐘的發(fā)射時間,團(tuán)隊(duì)骨干王文明博士如數(shù)家珍。他笑著說:“這些時間對于我們來說是刻骨銘心的,比孩子的生日都記得清?!?/p>

  生活中常以分秒來計(jì)時,在當(dāng)今太空探測、通信導(dǎo)航、天文觀測、工業(yè)自動化等領(lǐng)域,越來越需要更精密的時間測量,時間常常被準(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(數(shù)值高度確定)吸收或釋放能量時發(fā)出的電磁波的頻率的周期作為計(jì)時單位的。由于這種電磁波產(chǎn)生于原子內(nèi)部微觀運(yùn)動,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,目前國際上僅少數(shù)國家具有獨(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。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)用時的校時壓力。

  為了攻克關(guān)鍵技術(shù),研制團(tuán)隊(duì)可謂是“追著時間做時間?!痹隅姷恼{(diào)試測試周期都很長,尤其在調(diào)試測量日頻率穩(wěn)定度時,一改錐下去、打開機(jī)蓋,就意味著要等15天時間,才能準(zhǔn)確評估這臺鐘是否達(dá)標(biāo),兩改錐就一個月出去了。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)大量時間來進(jìn)行調(diào)試,這是一項(xiàng)對工程經(jīng)驗(yàn)要求極高又極耗費(fèi)精力、時間的心血活兒,成功來之不易?!?/p>

  203所黨委書記韓志平表示,203所是國內(nèi)唯一同時具有氫鐘、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正在建設(shè)的北斗三號,均采用銣原子鐘和被動型氫原子鐘相結(jié)合的授時方式。

 ?。玻埃乘鶊F(tuán)隊(duì)用了近十年的時間,相繼解決了一系列技術(shù)問題,使星載氫鐘長期頻率穩(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?!表n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,203所這些“追時間的人”,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?!蓖跷拿鞲嬖V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)面臨的一個重要技術(shù)難題?!皻W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?!表?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?!爸挥羞^來人才能體會那種痛并快樂的過程?!蓖跷拿髡f。

  時間都放在做科研上,不枯燥嗎?李晶向記者坦言:“作為國家重大戰(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?!?/p>

  新春的鐘聲即將敲響,當(dāng)千家萬戶歡聚一堂、共話美好時光的時刻,這群“追時間的人”永遠(yuǎn)在路上,他們探索科學(xué)的時空,沒有邊界。

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【糾錯】 [責(zé)任編輯: 潘子荻 ]
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