“北京時(shí)間”的奧秘——訪(fǎng)中科院國(guó)家授時(shí)中心
工作人員在中科院國(guó)家授時(shí)中心守時(shí)實(shí)驗(yàn)室工作。新華社記者劉瀟攝
新華社西安1月3日電（記者張伯達(dá)、鄭昕）又是一個(gè)從歲末到新年的跨越。在位于陜西的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，工作人員關(guān)注著屏幕上不斷跳動(dòng)的數(shù)字，分毫不差地把2021年首個(gè)北京時(shí)間的零點(diǎn)報(bào)時(shí)送到了千家萬(wàn)戶(hù)。
北京時(shí)間是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，它產(chǎn)生于陜西并由位于陜西的國(guó)家授時(shí)中心發(fā)出。為了能把“時(shí)間”牢牢地抓在自己手里，幾代中國(guó)科研人員一次次實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)“零”的突破，達(dá)到授時(shí)技術(shù)自主可控，躋身世界先進(jìn)行列。
“就算一塊石頭一塊石頭地搬，也要搬出一座天文臺(tái)”
授時(shí)，通俗地講就是把時(shí)間信號(hào)通過(guò)不同技術(shù)手段向使用者發(fā)送。1949年9月28日，采用東八區(qū)區(qū)時(shí)的北京時(shí)間通過(guò)中央人民廣播電臺(tái)前身北京新華廣播電臺(tái)第一次發(fā)播。在新中國(guó)成立后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)租用一座短波電臺(tái)授時(shí)，主要依據(jù)的是各天文臺(tái)聯(lián)合測(cè)定與保持的天文時(shí)。
進(jìn)入20世紀(jì)60年代，中國(guó)科學(xué)院于1966年籌建國(guó)家授時(shí)中心的前身陜西天文臺(tái)，向全國(guó)提供授時(shí)服務(wù)。當(dāng)年首批23名前往陜西天文臺(tái)報(bào)到的大學(xué)生之一、曾任陜西天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)的漆貫榮說(shuō)，憑著“就算一塊石頭一塊石頭地搬，也要搬出一座天文臺(tái)”的斗志，這座位于陜西蒲城縣的天文臺(tái)如期完工并于1971年試播，使中國(guó)具備了國(guó)土全覆蓋的高精度陸基短波無(wú)線(xiàn)電連續(xù)授時(shí)能力。
20世紀(jì)70年代末，陜西天文臺(tái)通過(guò)國(guó)產(chǎn)原子鐘建立起國(guó)際通行的原子時(shí)系統(tǒng)；80年代，長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)系統(tǒng)也在蒲城建成，精度比短波授時(shí)提高1000倍、達(dá)到微秒量級(jí)，并在1988年獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
“原子時(shí)和長(zhǎng)波授時(shí)系統(tǒng)的相繼建立運(yùn)行，滿(mǎn)足了國(guó)家戰(zhàn)略急需。”漆貫榮說(shuō)。
中科院國(guó)家授時(shí)中心的前身陜西天文臺(tái)位于陜西省蒲城縣金幟山上的舊址。新華社記者鄭昕攝
14次“從0到1”的突破
1967年，第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定把時(shí)間單位定義從天文時(shí)轉(zhuǎn)變到原子時(shí)，對(duì)于時(shí)間系統(tǒng)有基礎(chǔ)性作用的高性能原子鐘，更成為各國(guó)爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略資源。盡管中國(guó)擁有研制原子鐘的能力，但對(duì)于高性能的銫原子鐘卻長(zhǎng)期未能獲得技術(shù)突破。
2005年，現(xiàn)任國(guó)家授時(shí)中心主任的張首剛受命前往國(guó)家授時(shí)中心，在相關(guān)研究“零基礎(chǔ)”的情況下開(kāi)啟了中國(guó)高性能原子鐘的研究。
“我們團(tuán)隊(duì)克服了材料和工藝等技術(shù)困難，經(jīng)過(guò)15年的努力，在2020年陸續(xù)成功研制了兩臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘，使北京時(shí)間有了自主的校準(zhǔn)能力。”張首剛說(shuō)。
此外，張首剛團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出了打破國(guó)外壟斷的新型小銫鐘，目前年產(chǎn)量120臺(tái)左右，扭轉(zhuǎn)了守時(shí)鐘依賴(lài)進(jìn)口的局面。
“高性能?chē)?guó)產(chǎn)銫原子噴泉鐘和光抽運(yùn)小銫鐘的成功研發(fā)，解決了我們守時(shí)的核心問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了自主可控?！睆埵讋傉f(shuō)。
得益于自主研發(fā)的高性能原子鐘，以及長(zhǎng)期的技術(shù)積累，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度不斷攀升。目前與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間偏差小于5納秒的5個(gè)國(guó)家中就有中國(guó)，且遠(yuǎn)優(yōu)于100納秒的國(guó)際要求。
北京時(shí)間采用的是“協(xié)調(diào)世界時(shí)”，即原子時(shí)和基于地球自轉(zhuǎn)的世界時(shí)“協(xié)調(diào)”的結(jié)果。20世紀(jì)90年代，考慮到國(guó)際合作等原因，和大多數(shù)國(guó)家一樣，中國(guó)中止了世界時(shí)的測(cè)量。近年來(lái)，圍繞新的應(yīng)用需求，國(guó)家授時(shí)中心建立了基于數(shù)字天頂筒和甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉技術(shù)等多手段融合的世界時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了世界時(shí)亞毫秒級(jí)自主測(cè)量。
除了高性能原子鐘產(chǎn)品的“從無(wú)到有”和世界時(shí)的自主測(cè)量，經(jīng)過(guò)科研人員的不懈努力，截至目前國(guó)家授時(shí)中心已14次在關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了“從0到1”的突破。
工作人員在中科院國(guó)家授時(shí)中心銫原子噴泉鐘實(shí)驗(yàn)室工作。新華社記者劉瀟攝
國(guó)家利益拓展在哪里，授時(shí)服務(wù)就到哪里
如今，中國(guó)已經(jīng)形成了“原子鐘-守時(shí)-授時(shí)-用時(shí)”完整的時(shí)間頻率學(xué)科鏈，以及以“時(shí)間-信號(hào)-軌道”為特色的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的開(kāi)通，為中國(guó)在未來(lái)構(gòu)建立體交叉授時(shí)系統(tǒng)添加了關(guān)鍵的一塊拼圖。
張首剛表示，高精度授時(shí)正在成為越來(lái)越多行業(yè)領(lǐng)域的急需，未來(lái)立體交叉授時(shí)系統(tǒng)將主要由基于太空的衛(wèi)星授時(shí)、空間站授時(shí)和基于地面的長(zhǎng)波無(wú)線(xiàn)電授時(shí)、光纖有線(xiàn)授時(shí)等組成，可以把長(zhǎng)距離、跨區(qū)域重大設(shè)施之間的時(shí)間同步精度提高三到四個(gè)數(shù)量級(jí)。
作為中國(guó)立體交叉授時(shí)系統(tǒng)的另一個(gè)重要組成部分，“十三五”國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)”已于2020年在西安啟動(dòng)建設(shè)，五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行服務(wù)，將支撐中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
“中國(guó)70多年授時(shí)工作是中國(guó)科技事業(yè)不斷發(fā)展進(jìn)步的縮影。沒(méi)有綜合國(guó)力的強(qiáng)大，就不會(huì)有北京時(shí)間的今天?！眹?guó)家授時(shí)中心黨委書(shū)記竇忠說(shuō)，在“十四五”和未來(lái)征程上，堅(jiān)持創(chuàng)新與科技自立自強(qiáng)永遠(yuǎn)在路上。
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