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“北京时间”的奥秘

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发表于 2021-1-4 08:43:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
又是一个从岁末到新年的跨越。在位于陕西的中国科学院国家授时中心,工作人员关注着屏幕上不断跳动的数字,分毫不差地把 2021 年首个北京时间的零点报时送到了千家万户。
北京时间是中国国家标准时间,它产生于陕西并由位于陕西的国家授时中心发出。为了能把 " 时间 " 牢牢地抓在自己手里,几代中国科研人员一次次实现关键技术 " 零 " 的突破,达到授时技术自主可控,跻身世界先进行列。


这是中科院国家授时中心守时实验室显示的北京时间(资料图)新华社记者 刘潇 摄
" 就算一块石头一块石头地搬,也要搬出一座天文台 "
授时,通俗地讲就是把时间信号通过不同技术手段向使用者发送。1949 年 9 月 28 日,采用东八区区时的北京时间通过中央人民广播电台前身北京新华广播电台第一次发播。在新中国成立后的很长一段时间里,中国科学院上海天文台租用一座短波电台授时,主要依据的是各天文台联合测定与保持的天文时。
进入 20 世纪 60 年代,中国科学院于 1966 年筹建国家授时中心的前身陕西天文台,向全国提供授时服务。当年首批 23 名前往陕西天文台报到的大学生之一、曾任陕西天文台台长的漆贯荣说,凭着 " 就算一块石头一块石头地搬,也要搬出一座天文台 " 的斗志,这座位于陕西蒲城县的天文台如期完工并于 1971 年试播,使我国具备了国土全覆盖的高精度陆基短波无线电连续授时能力。
20 世纪 70 年代末,陕西天文台通过国产原子钟建立起国际通行的原子时系统;80 年代,长波授时台系统也在蒲城建成,精度比短波授时提高 1000 倍、达到微秒量级,并在 1988 年获得国家科技进步一等奖。
" 原子时和长波授时系统的相继建立运行,满足了国家战略急需。" 漆贯荣说。
14 次 " 从 0 到 1" 的突破
1967 年,第十三届国际计量大会决定把时间单位定义从天文时转变到原子时,对于时间系统有基础性作用的高性能原子钟,更成为各国争夺的战略资源。尽管中国拥有研制原子钟的能力,但对于高性能的铯原子钟却长期未能获得技术突破。
2005 年,现任国家授时中心主任的张首刚受命前往国家授时中心,在相关研究 " 零基础 " 的情况下开启了中国高性能原子钟的研究。
" 我们团队克服了材料和工艺等技术困难,经过 15 年的努力,在 2020 年陆续成功研制了两台具有自主知识产权的铯原子喷泉基准钟,使北京时间有了自主的校准能力。" 张首刚说。
此外,张首刚团队还研发出了打破国外垄断的新型小铯钟,目前年产量 120 台左右,扭转了守时钟依赖进口的局面。
" 高性能国产铯原子喷泉钟和光抽运小铯钟的成功研发,解决了我们守时的核心问题,实现了自主可控。" 张首刚说。
得益于自主研发的高性能原子钟,以及长期的技术积累,我国标准时间准确度和稳定度不断攀升。目前与国际标准时间偏差小于 5 纳秒的 5 个国家中就有中国,且远优于 100 纳秒的国际要求。
北京时间采用的是 " 协调世界时 ",即原子时和基于地球自转的世界时 " 协调 " 的结果。20 世纪九十年代,考虑到国际合作等原因,和大多数国家一样,我国中止了世界时的测量。近年来,围绕新的应用需求,国家授时中心建立了基于数字天顶筒和甚长基线干涉技术等多手段融合的世界时测量系统,实现了世界时亚毫秒级自主测量。
除了高性能原子钟产品的 " 从无到有 " 和世界时的自主测量,经过科研人员的不懈努力,截至目前国家授时中心已 14 次在关键技术上实现了 " 从 0 到 1" 的突破。
国家利益拓展在哪里,授时服务就到哪里
如今,我国已经形成了 " 原子钟 - 守时 - 授时 - 用时 " 完整的时间频率学科链,以及以 " 时间 - 信号 - 轨道 " 为特色的卫星导航系统研发技术优势。北斗导航系统的开通,为我国在未来构建立体交叉授时系统添加了关键的一块拼图。
张首刚表示,高精度授时正在成为越来越多行业领域的急需,未来立体交叉授时系统将主要由基于太空的卫星授时、空间站授时和基于地面的长波无线电授时、光纤有线授时等组成,可以把长距离、跨区域重大设施之间的时间同步精度提高三到四个数量级。
作为我国立体交叉授时系统的另一个重要组成部分," 十三五 " 国家重大科技基础设施项目 " 高精度地基授时系统 " 已于 2020 年在西安启动建设,五年内实现运行服务,将支撑我国经济社会的长远发展。
" 我国 70 多年授时工作是中国科技事业不断发展进步的缩影。没有综合国力的强大,就不会有北京时间的今天。" 国家授时中心党委书记窦忠说,在 " 十四五 " 和未来征程上,坚持创新与科技自立自强永远在路上。
记者:张伯达、郑昕
栏目主编:顾万全 张武 本文作者:新华视点 文字编辑:宋彦霖

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