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守護(hù)“北京時間”的“硬核”團(tuán)隊

發(fā)布時間:2023-03-27 14:55:00來源: 光明日報

 

  【人才強(qiáng)國新征程】

  白駒過隙、一日三秋、天長地久……時間,承載了人們對韶光易逝的感慨,也見證了那些浪漫的期待與不朽的功勛。

  時間,對于另外一群人而言,還有著更為重要的意義。它不僅是國家戰(zhàn)略資源,事關(guān)國家安全和經(jīng)濟(jì)社會運(yùn)行,更是國家話語權(quán)的體現(xiàn)。

  “十三五”期間,我國投資16.7億元,研制建設(shè)高精度地基授時系統(tǒng)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,“這是時間頻率領(lǐng)域在新時代的大科學(xué)裝置,建成后的全國光纖授時骨干網(wǎng)將實現(xiàn)國際最高水平的時間頻率傳遞能力,支撐經(jīng)濟(jì)社會運(yùn)行和相關(guān)基礎(chǔ)研究等?!敝袊茖W(xué)院國家授時中心主任、首席科學(xué)家張首剛說。

  近20年來,張首剛一手建立起來的中國科學(xué)院國家授時中心量子頻標(biāo)研究團(tuán)隊,已擁有近百名中青年科研人員。他們始終著眼國家需求和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展,以實現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生的自主可控與性能提升、國家標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)播的安全可靠與便捷應(yīng)用為己任,攀登一座又一座科研高峰,推動時間頻率科學(xué)實現(xiàn)自立自強(qiáng)。

  實現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生的自主可控

  “鐺、鐺、鐺……現(xiàn)在是北京時間9點(diǎn)整?!鼻宕嗟穆曇魪年兾魇∥靼彩信R潼區(qū)中國科學(xué)院國家授時中心大門上方的一塊大鐘表發(fā)出。我們?nèi)粘J褂玫膰覙?biāo)準(zhǔn)時間“北京時間”,就是從這里產(chǎn)生并發(fā)播到全國各地。

  看似尋常最奇崛。在國際單位制的七個基本物理量中,時間是測量精度最高、應(yīng)用最廣的一個。1967年,為提高時間測量精度,第十三屆國際計量大會修改了時間單位“秒”的定義,以反映地球自轉(zhuǎn)狀態(tài)的天文時“秒”,變更為以原子內(nèi)部電磁振蕩周期計時的原子時“秒”。

  “近代中國,標(biāo)準(zhǔn)時間的產(chǎn)生和傳遞曾長期被外國人主導(dǎo)并把持?!睆埵讋傉f,一個國家是否能研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的原子鐘,不僅代表著相關(guān)領(lǐng)域的科研實力,更代表著保障國家安全的能力水平。

  “1998年,一名西方國家的知名物理學(xué)家在中國參觀后,認(rèn)為中國的原子鐘實驗研究過程是在靠‘碰運(yùn)氣’?!睆埵讋偦貞洠约罕贿@句話深深刺痛,立志要做出一臺長中國人志氣的原子鐘。

  2005年,張首剛從法國學(xué)成回國后,只身來到國家授時中心,創(chuàng)建團(tuán)隊,主持原子鐘研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)時間研究。

  “最初的課題組包括張老師在內(nèi),只有3個人研制銫原子噴泉鐘,當(dāng)時國家授時中心沒有任何原子鐘研究基礎(chǔ),研究過程非常艱辛?!弊鳛閺埵讋偦貒笾笇?dǎo)的第一個研究生,阮軍全程參與了銫原子噴泉鐘的研制。

  如何減少微波泄露,一度成為團(tuán)隊最頭疼的問題?!敖?jīng)過多次研討和大量實驗,我們最終選擇了通過銦絲密封6處接口等技術(shù)?!比钴娊榻B,“僅僅這一個環(huán)節(jié),就花費(fèi)了我們一年半的時間,而一臺原子鐘的制造,要經(jīng)歷成百上千個類似這樣的精細(xì)環(huán)節(jié)?!?/p>

  銫原子噴泉鐘是目前世界上最好的基準(zhǔn)型原子鐘,“從2005年到2012年,張首剛團(tuán)隊終于自主研制出了國家授時中心第一臺銫原子噴泉鐘;2018年和2022年,第二、三臺銫原子噴泉鐘相繼被研制出來。”阮軍介紹,目前課題組已發(fā)展成9人,團(tuán)隊人員學(xué)科背景也更為合理,銫原子噴泉鐘的性能也在持續(xù)提升,精度也從E-15量級提升至E-16量級,實現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生的自主校準(zhǔn)。

  國家標(biāo)準(zhǔn)時間是原子時和天文時的協(xié)調(diào)產(chǎn)物,協(xié)調(diào)了原子鐘測量的原子時和天文觀測系統(tǒng)測量的世界時。產(chǎn)生國家標(biāo)準(zhǔn)時間不僅需要基準(zhǔn)型原子鐘,也需要守時型原子鐘。小銫鐘是各國守時應(yīng)用最多的原子鐘,美國一直獨(dú)家壟斷,并對我國禁運(yùn)。張首剛團(tuán)隊?wèi)?yīng)用新原理,與企業(yè)合作研發(fā)了國際第一款守時型光抽運(yùn)小銫鐘產(chǎn)品,百余臺產(chǎn)品用于海軍導(dǎo)航、北斗導(dǎo)航、5G通信以及北極科考等。團(tuán)隊繼美國之后,也成功研制更高性能的新型守時鐘—銣原子噴泉鐘。研發(fā)的兩類新型守時原子鐘,均運(yùn)行于國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生系統(tǒng),并對國際標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生作出貢獻(xiàn)?;诘厍蜃赞D(zhuǎn)測量的世界時是航天工程及國防建設(shè)必要參數(shù)。為打破我國世界時數(shù)據(jù)一直依賴國外的不利局面,團(tuán)隊提出并實現(xiàn)了多技術(shù)融合的世界時高精度連續(xù)自主測量與服務(wù)。

  “那位說中國靠‘碰運(yùn)氣’的外國科學(xué)家,在2019年的一次學(xué)術(shù)年會上碰到我時,對中國在時頻領(lǐng)域所取得的成就表示了肯定和欽佩?!痹僬f起這件事,張首剛的嘴角不自覺地上揚(yáng)了起來。

  打造時間頻率科學(xué)的“國家隊”

  近年來,黨中央、國務(wù)院高度重視大科學(xué)裝置建設(shè),將其視為提升我國基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究水平、促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域國際科技合作的重要支撐。大科學(xué)裝置是否能帶動建制化基礎(chǔ)科學(xué)研究,關(guān)鍵要看人才隊伍是否持續(xù)發(fā)展。

  “國家授時中心非常重視人才,盡最大努力給人才搭建事業(yè)平臺?!绷孔宇l標(biāo)研究室研究員董瑞芳說,“2010年,我來到單位后,因為是開拓一個新方向,前期沒有任何基礎(chǔ),單位一下子給我撥了150萬元項目啟動經(jīng)費(fèi),支持我開展科研工作?!?/p>

  目前,董瑞芳已經(jīng)成為量子頻標(biāo)研究室的主任,主要從事量子時間同步研究工作,主持承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和面上項目、中國科學(xué)院前沿重點(diǎn)及科研裝備研發(fā)等項目。

  在積極吸納海內(nèi)外優(yōu)秀人才的同時,國家授時中心也在依托中國科學(xué)院積極培養(yǎng)人才。董瑞芳除了開展自身的科研工作,還是中國科學(xué)院博士生導(dǎo)師,指導(dǎo)培養(yǎng)了多名研究生,為研究的可持續(xù)發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。如今,量子頻標(biāo)研究室已擁有近百名中青年科研人員,發(fā)展成為中國科學(xué)院重點(diǎn)實驗室,并被中國科學(xué)院推薦參加全國重點(diǎn)實驗室重組。

  “2018年開始,為了加大人才引進(jìn)力度,我們專門設(shè)立了‘人才伯樂獎’,鼓勵員工積極推薦海內(nèi)外高層次人才和學(xué)術(shù)帶頭人,積極推薦并成功引進(jìn)人才后,會為推薦者發(fā)放最高3萬元的獎金。”國家授時中心人事處處長呂鵬綱介紹。

  2022年初,博士畢業(yè)不到兩年的陳龍、張攀通過專家團(tuán)隊綜合評審,分別被委以空間超窄線寬激光器子系統(tǒng)主任設(shè)計師和空間飛秒光學(xué)頻率梳子系統(tǒng)副主任設(shè)計師的重任,經(jīng)過艱苦攻關(guān),中國科學(xué)院國家授時中心承研的空間超窄線寬激光器和空間飛秒光學(xué)頻率梳在2022年11月8日首次上電測試即實現(xiàn)了自動閉環(huán)鎖定,標(biāo)志著世界首臺空間超窄線寬激光器成功在軌運(yùn)行。

  不拘一格用人才的同時,國家授時中心也對人才能力與待遇的匹配度進(jìn)行考核監(jiān)督,全力打造時間頻率科學(xué)的“國家隊”?!斑@個考核監(jiān)督體系給了我們年輕人干事創(chuàng)業(yè)的機(jī)會和平臺,同時督促著我們?nèi)蝿?wù)完成的進(jìn)度和質(zhì)量?!标慅堈f。

  “國家隊”就要擔(dān)“國家責(zé)”

  一秒鐘,是手表秒針的一聲“滴答”。秒以下的時間按千分之一逐級遞減,還有毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒、仄秒等時間單位。

  實現(xiàn)高精度時間測量,有何意義呢?

  簡單地講,有了毫秒級的時間,電網(wǎng)可以高效運(yùn)行;有了微秒級的時間,移動通信可以進(jìn)入4G時代;有了納秒級的時間,衛(wèi)星導(dǎo)航才能提供常規(guī)服務(wù);有了皮秒級的時間,一些理論是否正確就有了檢驗的可能……

  “1納秒是十億分之一秒。2017年以來,北京時間與國際標(biāo)準(zhǔn)時間的偏差一直在減小,從原來的5納秒到現(xiàn)在的2納秒,位居國際前三。”張首剛介紹。產(chǎn)生高性能的國家標(biāo)準(zhǔn)時間是為了授時發(fā)播,是為了服務(wù)不同應(yīng)用需求。授時系統(tǒng)是國家重大基礎(chǔ)設(shè)施。我國建立了國際先進(jìn)的多手段授時系統(tǒng)。面向未來需求,張首剛提出了天地一體化的國家彈性授時體系架構(gòu),并帶隊逐步建設(shè)。2022年10月31日,夢天實驗艙載著高精度時頻實驗柜飛上了太空?!坝辛诉@個實驗柜,天宮空間站時頻實驗系統(tǒng)將融合北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、在建地基授時系統(tǒng)和現(xiàn)有的授時系統(tǒng),預(yù)計在5年內(nèi),我們將建成世界上獨(dú)一無二的天地融合、立體交叉的國家授時系統(tǒng)。”張首剛說。

  “我們正在加快建設(shè)空天地立體交叉授時系統(tǒng),著重往深空探測的方向發(fā)展,這個系統(tǒng)建成后,長距離、跨區(qū)域重大設(shè)施之間的時間同步精度可以提高四個到五個數(shù)量級,對科學(xué)研究和國家安全意義重大?!眹沂跁r中心黨委書記竇忠介紹,“對于大眾來說,這同樣是個利好消息,將來我們的生活會更加便利,數(shù)字通信、無人駕駛、智慧城市等的建設(shè)會進(jìn)一步加快?!?/p>

  目前,國家授時中心在時間頻率領(lǐng)域培養(yǎng)了一支從時間頻率產(chǎn)生、測量、傳遞到應(yīng)用的全學(xué)科、成建制的人才隊伍,并通過一批批重大項目的高強(qiáng)度歷練,培養(yǎng)了很多中堅骨干力量,為我國授時體系發(fā)展儲備了人才基礎(chǔ)。

  “國家利益延伸到哪里,我們的授時服務(wù)就拓展到哪里?!睆埵讋偙硎荆皣胰恕本鸵觥皣沂隆?,“國家隊”就要擔(dān)“國家責(zé)”,隨著需求的發(fā)展,他們會將授時服務(wù)延伸到深空、深海。

(責(zé)編:常邦麗)

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