“北京時間”的奧秘——訪中科院國家授時中心
工作人員在中科院國家授時中心守時實驗室工作。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）又是一個從歲末到新年的跨越。在位于陜西的中國科學(xué)院國家授時中心，工作人員關(guān)注著屏幕上不斷跳動的數(shù)字，分毫不差地把2021年首個北京時間的零點報時送到了千家萬戶。
北京時間是中國國家標(biāo)準(zhǔn)時間，它產(chǎn)生于陜西并由位于陜西的國家授時中心發(fā)出。為了能把“時間”牢牢地抓在自己手里，幾代中國科研人員一次次實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)“零”的突破，達(dá)到授時技術(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”
授時，通俗地講就是把時間信號通過不同技術(shù)手段向使用者發(fā)送。1949年9月28日，采用東八區(qū)區(qū)時的北京時間通過中央人民廣播電臺前身北京新華廣播電臺第一次發(fā)播。在新中國成立后的很長一段時間里，中國科學(xué)院上海天文臺租用一座短波電臺授時，主要依據(jù)的是各天文臺聯(lián)合測定與保持的天文時。
進(jìn)入20世紀(jì)60年代，中國科學(xué)院于1966年籌建國家授時中心的前身陜西天文臺，向全國提供授時服務(wù)。當(dāng)年首批23名前往陜西天文臺報到的大學(xué)生之一、曾任陜西天文臺臺長的漆貫榮說，憑著“就算一塊石頭一塊石頭地搬，也要搬出一座天文臺”的斗志，這座位于陜西蒲城縣的天文臺如期完工并于1971年試播，使中國具備了國土全覆蓋的高精度陸基短波無線電連續(xù)授時能力。
20世紀(jì)70年代末，陜西天文臺通過國產(chǎn)原子鐘建立起國際通行的原子時系統(tǒng)；80年代，長波授時臺系統(tǒng)也在蒲城建成，精度比短波授時提高1000倍、達(dá)到微秒量級，并在1988年獲得國家科技進(jìn)步一等獎。
“原子時和長波授時系統(tǒng)的相繼建立運行，滿足了國家戰(zhàn)略急需。”漆貫榮說。
中科院國家授時中心的前身陜西天文臺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，第十三屆國際計量大會決定把時間單位定義從天文時轉(zhuǎn)變到原子時，對于時間系統(tǒng)有基礎(chǔ)性作用的高性能原子鐘，更成為各國爭奪的戰(zhàn)略資源。盡管中國擁有研制原子鐘的能力，但對于高性能的銫原子鐘卻長期未能獲得技術(shù)突破。
2005年，現(xiàn)任國家授時中心主任的張首剛受命前往國家授時中心，在相關(guān)研究“零基礎(chǔ)”的情況下開啟了中國高性能原子鐘的研究。
“我們團(tuán)隊克服了材料和工藝等技術(shù)困難，經(jīng)過15年的努力，在2020年陸續(xù)成功研制了兩臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘，使北京時間有了自主的校準(zhǔn)能力?！睆埵讋傉f。
此外，張首剛團(tuán)隊還研發(fā)出了打破國外壟斷的新型小銫鐘，目前年產(chǎn)量120臺左右，扭轉(zhuǎn)了守時鐘依賴進(jìn)口的局面。
“高性能國產(chǎn)銫原子噴泉鐘和光抽運小銫鐘的成功研發(fā)，解決了我們守時的核心問題，實現(xiàn)了自主可控?！睆埵讋傉f。
得益于自主研發(fā)的高性能原子鐘，以及長期的技術(shù)積累，中國標(biāo)準(zhǔn)時間準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度不斷攀升。目前與國際標(biāo)準(zhǔn)時間偏差小于5納秒的5個國家中就有中國，且遠(yuǎn)優(yōu)于100納秒的國際要求。
北京時間采用的是“協(xié)調(diào)世界時”，即原子時和基于地球自轉(zhuǎn)的世界時“協(xié)調(diào)”的結(jié)果。20世紀(jì)90年代，考慮到國際合作等原因，和大多數(shù)國家一樣，中國中止了世界時的測量。近年來，圍繞新的應(yīng)用需求，國家授時中心建立了基于數(shù)字天頂筒和甚長基線干涉技術(shù)等多手段融合的世界時測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了世界時亞毫秒級自主測量。
除了高性能原子鐘產(chǎn)品的“從無到有”和世界時的自主測量，經(jīng)過科研人員的不懈努力，截至目前國家授時中心已14次在關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)了“從0到1”的突破。
工作人員在中科院國家授時中心銫原子噴泉鐘實驗室工作。新華社記者劉瀟攝
國家利益拓展在哪里，授時服務(wù)就到哪里
如今，中國已經(jīng)形成了“原子鐘-守時-授時-用時”完整的時間頻率學(xué)科鏈，以及以“時間-信號-軌道”為特色的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的開通，為中國在未來構(gòu)建立體交叉授時系統(tǒng)添加了關(guān)鍵的一塊拼圖。
張首剛表示，高精度授時正在成為越來越多行業(yè)領(lǐng)域的急需，未來立體交叉授時系統(tǒng)將主要由基于太空的衛(wèi)星授時、空間站授時和基于地面的長波無線電授時、光纖有線授時等組成，可以把長距離、跨區(qū)域重大設(shè)施之間的時間同步精度提高三到四個數(shù)量級。
作為中國立體交叉授時系統(tǒng)的另一個重要組成部分，“十三五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目“高精度地基授時系統(tǒng)”已于2020年在西安啟動建設(shè)，五年內(nèi)實現(xiàn)運行服務(wù)，將支撐中國經(jīng)濟(jì)社會的長遠(yuǎn)發(fā)展。
“中國70多年授時工作是中國科技事業(yè)不斷發(fā)展進(jìn)步的縮影。沒有綜合國力的強(qiáng)大，就不會有北京時間的今天。”國家授時中心黨委書記竇忠說，在“十四五”和未來征程上，堅持創(chuàng)新與科技自立自強(qiáng)永遠(yuǎn)在路上。
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