他們設計的原子鐘上萬年才會有一秒誤差

來源︰新華社作者︰胡--責任編輯︰岳修宇
2018-02-14 16:58

新春走基層“追時間的人”︰他們設計的原子鐘上萬年才會有一秒誤差

新華社北京2月14日電題  春節前,我國采取“一箭雙星”方式,成功發射北斗三號第五、六顆全球組網衛星。不僅在發射場,在全球各地,許多默默無聞的工作人員,仍在為“中國北斗聯天下”的目標而堅守。

“時間都去哪兒了?”在北京西郊的中國航天科工集團二院203所,就有這樣一群“追時間的人”。如何讓中國導航衛星的時間“萬年誤差一秒”,是他們孜孜以求的目標。新春將至,他們的時間之旅未曾停歇。

“萬年誤差一秒”︰僅少數國家具有獨立研制能力的原子鐘

導航衛星的時空精度,是標注導航系統先進程度的“卡尺”。此次發射的兩顆北斗三號導航衛星上,均裝載了203所研制的高精度星載銣原子鐘,其技術指標達到國際先進水平——上萬年才會有一秒誤差。

“2015年9月30日,203所第一台氫鐘上星;2016年2月1日,北斗二代二期第二顆試驗星,203所第二台氫鐘;2018年1月12日北斗三號組網一箭雙星,203所第三台、第四台氫鐘隨之而上……”對于氫原子鐘的發射時間,團隊骨干王文明博士如數家珍。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。”

生活中常以分秒來計時,在當今太空探測、通信導航、天文觀測、工業自動化等領域,越來越需要更精密的時間測量,時間常常被準確到萬分之一秒,甚至百萬分之一秒,為了達到要求,許多精密的計時器誕生,原子鐘就是其中之一。

據了解,原子鐘是利用原子在不同能級(數值高度確定)吸收或釋放能量時發出的電磁波的頻率的周期作為計時單位的。由于這種電磁波產生于原子內部微觀運動,其頻率屬于自然頻率,所以非常穩定。其研發涉及量子物理學、電學、結構力學等眾多學科,目前國際上僅少數國家具有獨立研制能力。

媲美“GPS、伽利略”︰十年磨礪“鐘成功”

在北斗三號第三、第四顆組網衛星上,已經應用的氫原子鐘在重要技術指標,如頻率穩定度、頻率準確度及日漂移率等方面具有明顯優勢。它應用可使北斗導航系統具備更高的定位精度、全球覆蓋及較長的自主導航能力,顯著降低北斗導航系統全球應用時的校時壓力。

為了攻克關鍵技術,研制團隊可謂是“追著時間做時間。”原子鐘的調試測試周期都很長,尤其在調試測量日頻率穩定度時,一改錐下去、打開機蓋,就意味著要等15天時間,才能準確評估這台鐘是否達標,兩改錐就一個月出去了。203所原子頻率標準研究室主任高連山說,“原子鐘要花費大量時間來進行調試,這是一項對工程經驗要求極高又極耗費精力、時間的心血活兒,成功來之不易。”

203所黨委書記韓志平表示,203所是國內唯一同時具有氫鐘、銣鐘、銫鐘生產能力的研制單位,在當前全球四大衛星導航系統中,美國GPS采用了銫原子鐘和銣原子鐘結合的方式。歐盟的伽利略、俄羅斯的三代格洛納斯以及我國正在建設的北斗三號,均采用銣原子鐘和被動型氫原子鐘相結合的授時方式。

203所團隊用了近十年的時間,相繼解決了一系列技術問題,使星載氫鐘長期頻率穩定度大幅提高,增強了整機的環境適應性。最終攻克了指標優化,整機小型化、輕量化技術研究,空間環境適應性、可靠性與長壽命技術研究等關鍵技術難題。

“目前,203所研制的星載氫鐘在技術性能及可靠性上均達到國際同類產品水平,可與世界其他三大導航系統相媲美。”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,203所這些“追時間的人”,沒有放慢腳步。產品技術攻關階段曾有兩年最為艱辛,203所氫原子鐘團隊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,飯館都關門了,大家才反應過來,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所原子鐘團隊面臨的一個重要技術難題。“歐洲伽利略導航系統的星載氫鐘,就是因為氫鐘電離泡啟輝異常導致整鐘失效。”項目負責人李晶介紹,在攻克電離泡啟輝的難題中,要把電離泡點亮,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。

星載氫原子鐘攻關過程中,203所星載原子鐘團隊經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那種痛並快樂的過程。”王文明說。

時間都放在做科研上,不枯燥嗎?李晶向記者坦言︰“作為國家重大戰略,任務來了,我們責無旁貸,必須要干,而且還要出色完成任務,這是使命感;作為一個專業,這需要發自內心的喜歡,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”永遠在路上,他們探索科學的時空,沒有邊界。

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