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追时间的人:他们设计的原子钟上万年才有一秒误差

时间:2018-02-14 19:06 编辑:励志侠

(原标题:追时间的人:他们设计的原子钟上万年才会有一秒误差)

春节前,我国采取“一箭双星”方式,成功发射北斗三号第五、六颗全球组网卫星。不仅在发射场,在全球各地,许多默默无闻的工作人员,仍在为“中国北斗联天下”的目标而坚守。

“时间都去哪儿了?”在北京西郊的中国航天科工集团二院203所,就有这样一群“追时间的人”。如何让中国导航卫星的时间“万年误差一秒”,是他们孜孜以求的目标。新春将至,他们的时间之旅未曾停歇。

“万年误差一秒”:仅少数国家具有独立研制能力的原子钟

导航卫星的时空精度,是标注导航系统先进程度的“卡尺”。此次发射的两颗北斗三号导航卫星上,均装载了203所研制的高精度星载铷原子钟,其技术指标达到国际先进水平――上万年才会有一秒误差。

“2015年9月30日,203所第一台氢钟上星;2016年2月1日,北斗二代二期第二颗试验星,203所第二台氢钟;2018年1月12日北斗三号组网一箭双星,203所第三台、第四台氢钟随之而上……”对于氢原子钟的发射时间,团队骨干王文明博士如数家珍。他笑着说:“这些时间对于我们来说是刻骨铭心的,比孩子的生日都记得清。”

生活中常以分秒来计时,在当今太空探测、通信导航、天文观测、工业自动化等领域,越来越需要更精密的时间测量,时间常常被准确到万分之一秒,甚至百万分之一秒,为了达到要求,许多精密的计时器诞生,原子钟就是其中之一。

据了解,原子钟是利用原子在不同能级(数值高度确定)吸收或释放能量时发出的电磁波的频率的周期作为计时单位的。由于这种电磁波产生于原子内部微观运动,其频率属于自然频率,所以非常稳定。其研发涉及量子物理学、电学、结构力学等众多学科,目前国际上仅少数国家具有独立研制能力。

媲美“GPS、伽利略”:十年磨砺“钟成功”

在北斗三号第三、第四颗组网卫星上,已经应用的氢原子钟在重要技术指标,如频率稳定度、频率准确度及日漂移率等方面具有明显优势。它应用可使北斗导航系统具备更高的定位精度、全球覆盖及较长的自主导航能力,显著降低北斗导航系统全球应用时的校时压力。

为了攻克关键技术,研制团队可谓是“追着时间做时间。”原子钟的调试测试周期都很长,尤其在调试测量日频率稳定度时,一改锥下去、打开机盖,就意味着要等15天时间,才能准确评估这台钟是否达标,两改锥就一个月出去了。203所原子频率标准研究室主任高连山说,“原子钟要花费大量时间来进行调试,这是一项对工程经验要求极高又极耗费精力、时间的心血活儿,成功来之不易。”

203所党委书记韩志平表示,203所是国内唯一同时具有氢钟、铷钟、铯钟生产能力的研制单位,在当前全球四大卫星导航系统中,美国GPS采用了铯原子钟和铷原子钟结合的方式。欧盟的伽利略、俄罗斯的三代格洛纳斯以及我国正在建设的北斗三号,均采用铷原子钟和被动型氢原子钟相结合的授时方式。

203所团队用了近十年的时间,相继解决了一系列技术问题,使星载氢钟长期频率稳定度大幅提高,增强了整机的环境适应性。最终攻克了指标优化,整机小型化、轻量化技术研究,空间环境适应性、可靠性与长寿命技术研究等关键技术难题。

“目前,203所研制的星载氢钟在技术性能及可靠性上均达到国际同类产品水平,可与世界其他三大导航系统相媲美。”韩志平说。

精益求精不心存侥幸 成功的秘诀源于热爱

又是一年新春时,203所这些“追时间的人”,没有放慢脚步。产品技术攻关阶段曾有两年最为艰辛,203所氢原子钟团队的小伙子们几乎全年无休,只有过大年才放了三天假。

“出去吃饭的时候,街上冷冷清清,饭馆都关门了,大家才反应过来,这是过年了,人家都回家过年去了。”王文明告诉记者,在他们的脑海里,没有过年的概念,只想着尽快把我们自己的钟研制出来。

在轨服役的氢原子钟电离启辉问题,是203所原子钟团队面临的一个重要技术难题。“欧洲伽利略导航系统的星载氢钟,就是因为氢钟电离泡启辉异常导致整钟失效。”项目负责人李晶介绍,在攻克电离泡启辉的难题中,要把电离泡点亮,不仅要能亮,还要每次都亮,而且要一直亮,要精益求精不心存侥幸。

星载氢原子钟攻关过程中,203所星载原子钟团队经历了诸多从无知到有知再到深知的过程。“只有过来人才能体会那种痛并快乐的过程。”王文明说。

时间都放在做科研上,不枯燥吗?李晶向记者坦言:“作为国家重大战略,任务来了,我们责无旁贷,必须要干,而且还要出色完成任务,这是使命感;作为一个专业,这需要发自内心的喜欢,徜徉于原子钟研制的海洋里,如爱好一般不能自已。”

新春的钟声即将敲响,当千家万户欢聚一堂、共话美好时光的时刻,这群“追时间的人”永远在路上,他们探索科学的时空,没有边界。

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