“北京時(shí)間”的奧秘——訪(fǎng)中科院國家授時(shí)中心
工作人員在中科院國家授時(shí)中心守時(shí)實(shí)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、鄭昕）又是一個(gè)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(shí)中心，工作人員關(guān)注著(zhù)屏幕上不斷跳動(dòng)的數字，分毫不差地把2021年首個(gè)北京時(shí)間的零點(diǎn)報時(shí)送到了千家萬(wàn)戶(hù)。
北京時(shí)間是中國國家標準時(shí)間，它產(chǎn)生于陜西并由位于陜西的國家授時(shí)中心發(fā)出。為了能把“時(shí)間”牢牢地抓在自己手里，幾代中國科研人員一次次實(shí)現關(guān)鍵技術(shù)“零”的突破，達到授時(shí)技術(shù)自主可控，躋身世界先進(jìn)行列?！ ?/p>
“就算一塊石頭一塊石頭地搬，也要搬出一座天文臺”
授時(shí)，通俗地講就是把時(shí)間信號通過(guò)不同技術(shù)手段向使用者發(fā)送。1949年9月28日，采用東八區區時(shí)的北京時(shí)間通過(guò)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(cháng)一段時(shí)間里，中國科學(xué)院上海天文臺租用一座短波電臺授時(shí)，主要依據的是各天文臺聯(lián)合測定與保持的天文時(shí)。
進(jìn)入20世紀60年代，中國科學(xué)院于1966年籌建國家授時(shí)中心的前身陜西天文臺，向全國提供授時(shí)服務(wù)。當年首批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(cháng)的漆貫榮說(shuō)，憑著(zhù)“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(wú)線(xiàn)電連續授時(shí)能力。
20世紀70年代末，陜西天文臺通過(guò)國產(chǎn)原子鐘建立起國際通行的原子時(shí)系統；80年代，長(cháng)波授時(shí)臺系統也在蒲城建成，精度比短波授時(shí)提高1000倍、達到微秒量級，并在1988年獲得國家科技進(jìn)步一等獎。
“原子時(shí)和長(cháng)波授時(shí)系統的相繼建立運行，滿(mǎn)足了國家戰略急需?！逼嶝灅s說(shuō)。
中科院國家授時(shí)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(huì )決定把時(shí)間單位定義從天文時(shí)轉變到原子時(shí)，對于時(shí)間系統有基礎性作用的高性能原子鐘，更成為各國爭奪的戰略資源。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(cháng)期未能獲得技術(shù)突破。
2005年，現任國家授時(shí)中心主任的張首剛受命前往國家授時(shí)中心，在相關(guān)研究“零基礎”的情況下開(kāi)啟了中國高性能原子鐘的研究。
“我們團隊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年陸續成功研制了兩臺具有自主知識產(chǎn)權的銫原子噴泉基準鐘，使北京時(shí)間有了自主的校準能力?！睆埵讋傉f(shuō)。
此外，張首剛團隊還研發(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，扭轉了守時(shí)鐘依賴(lài)進(jìn)口的局面。
“高性能?chē)a(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(shí)的核心問(wèn)題，實(shí)現了自主可控?！睆埵讋傉f(shuō)。
得益于自主研發(fā)的高性能原子鐘，以及長(cháng)期的技術(shù)積累，中國標準時(shí)間準確度和穩定度不斷攀升。目前與國際標準時(shí)間偏差小于5納秒的5個(gè)國家中就有中國，且遠優(yōu)于100納秒的國際要求。
北京時(shí)間采用的是“協(xié)調世界時(shí)”，即原子時(shí)和基于地球自轉的世界時(shí)“協(xié)調”的結果。20世紀90年代，考慮到國際合作等原因，和大多數國家一樣，中國中止了世界時(shí)的測量。近年來(lái)，圍繞新的應用需求，國家授時(shí)中心建立了基于數字天頂筒和甚長(cháng)基線(xiàn)干涉技術(shù)等多手段融合的世界時(shí)測量系統，實(shí)現了世界時(shí)亞毫秒級自主測量。
除了高性能原子鐘產(chǎn)品的“從無(wú)到有”和世界時(shí)的自主測量，經(jīng)過(guò)科研人員的不懈努力，截至目前國家授時(shí)中心已14次在關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現了“從0到1”的突破。
工作人員在中科院國家授時(shí)中心銫原子噴泉鐘實(shí)驗室工作。新華社記者劉瀟攝
國家利益拓展在哪里，授時(shí)服務(wù)就到哪里
如今，中國已經(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-軌道”為特色的衛星導航系統研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢。北斗導航系統的開(kāi)通，為中國在未來(lái)構建立體交叉授時(shí)系統添加了關(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)系統將主要由基于太空的衛星授時(shí)、空間站授時(shí)和基于地面的長(cháng)波無(wú)線(xiàn)電授時(shí)、光纖有線(xiàn)授時(shí)等組成，可以把長(cháng)距離、跨區域重大設施之間的時(shí)間同步精度提高三到四個(gè)數量級。
作為中國立體交叉授時(shí)系統的另一個(gè)重要組成部分，“十三五”國家重大科技基礎設施項目“高精度地基授時(shí)系統”已于2020年在西安啟動(dòng)建設，五年內實(shí)現運行服務(wù)，將支撐中國經(jīng)濟社會(huì )的長(cháng)遠發(fā)展。
“中國70多年授時(shí)工作是中國科技事業(yè)不斷發(fā)展進(jìn)步的縮影。沒(méi)有綜合國力的強大，就不會(huì )有北京時(shí)間的今天?！眹沂跁r(shí)中心黨委書(shū)記竇忠說(shuō)，在“十四五”和未來(lái)征程上，堅持創(chuàng )新與科技自立自強永遠在路上。
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