●重新定義(yi) “時間”標準 ●支撐世界時亞(ya) 毫秒級自主測量

　　把時間精確到72億(yi) 年僅(jin) 偏差1秒

　　光明日報記者 崔興(xing) 毅

　　“現在幾點？”

　　“這表準不準？”

　　你知道生活中我們(men) 隨口問的這兩(liang) 個(ge) 問題，意味著什麽(me) 嗎？

　　你一定想不到，這是兩(liang) 個(ge) 嚴(yan) 肅的科學問題——什麽(me) 是時間？什麽(me) 是標準時間？

　　前不久，我國科研團隊成功研製萬(wan) 秒穩定度和不確定度均優(you) 於(yu) 5×10-18（相當於(yu) 數十億(yi) 年的誤差不超過1秒）的鍶原子光晶格鍾。在此基礎上，研究團隊還對鍶原子光晶格鍾的係統頻移因素開展了逐項評定，最終得到其係統不確定度為(wei) 4×10-18，相當於(yu) 72億(yi) 年僅(jin) 偏差1秒，已部分滿足“秒”重新定義(yi) 的要求，對未來構建新一代全球時間基準乃至提供引力波探測、暗物質搜索的新方法等具有重要價(jia) 值。

　　這是一個(ge) 與(yu) “時間”賽跑的故事——從(cong) 研發國內(nei) 首台激光抽運小型銫原子鍾、係列微型化銣原子鍾，到承建增強型羅蘭(lan) 授時係統以及差分係統、甚長基線幹涉測量網，科技工作者圍繞“守時—授時—用時”時間頻率產(chan) 業(ye) 鏈，不斷突破關(guan) 鍵核心技術，支撐國家時間頻率體(ti) 係建設。

　　中國科學院國家授時中心地下一層，放置著“北京時間”產(chan) 生的核心設備——原子鍾組和世界時測量係統，工作人員時刻關(guan) 注屏幕上不斷跳動的數字，分毫不差地把產(chan) 生的“北京時間”發播到全國。

　　“時間”，由此而來。

　　但地球自轉速度是越來越慢的，以地球自轉為(wei) 基礎的世界時其實並不均勻。尤其在如今的衛星導航係統中，1納秒（十億(yi) 分之一秒）的時間誤差就會(hui) 導致0.3米的距離誤差。

　　為(wei) 獲得既準又穩的時間，科研團隊瞄向“精微”，利用原子基態能級躍遷特性，通過測量原子振動的周期製造出高精度時鍾設備原子鍾，“時間”的標準由此被重新定義(yi) 。

　　“‘北京時間’就是由一套幾十台守時原子鍾實時比對‘世界時’測量產(chan) 生的。”成都天奧電子服務有限公司高級工程師董道鵬介紹，可用於(yu) 守時原子鍾組的激光抽運小型銫原子鍾，由中國電科與(yu) 國家授時中心聯合研製，每30萬(wan) 年誤差1秒，成功應用於(yu) 國家標準時間產(chan) 生係統、北鬥衛星導航係統等重要工程，以及電力、通信和計量等重要領域。

　　從(cong) “每30萬(wan) 年誤差1秒”到“72億(yi) 年僅(jin) 偏差1秒”，原子鍾正變得越來越精準，滿足了科技發展對時間精度的需求。但生活在地球上的人們(men) 是按照地球的自轉規律（太陽升起和降落）來安排工作和生活，因此，人們(men) 離不開世界時。

　　“當望遠鏡對準某顆恒星時，就知道它指示的準確時刻，這種方法測定的時間叫作世界時。”高精度地基授時係統天線係統工程項目總師劉鵬介紹，作為(wei) 世界時測量係統的重要技術手段，近年來，甚長基線幹涉測量網建設提速，上海65米口徑天馬射電望遠鏡、北京密雲(yun) 50米口徑射電望遠鏡，日喀則、長白山40米口徑射電望遠鏡等甚長基線幹涉測量網建設任務，有力支撐世界時的亞(ya) 毫秒級自主測量。

　　“時間”有了，如何把“時間”發送出去？

　　北鬥衛星導航係統、長波、短波等無線電授時係統，網絡、光纖、電話等有線授時係統都是常用的授時手段，而增強型羅蘭(lan) 授時係統是目前最可靠的地基無線電授時手段。

　　巍巍高原鐵臂高懸，增強型羅蘭(lan) 授時係統西藏那曲發射台正在加快建設。超高傘(san) 形天線絕緣設計、強度設計、低損耗設計、基於(yu) 羅蘭(lan) 數據通道差分信息發播、大功率高效率信號產(chan) 生與(yu) 合成、精準發播控製……一項項關(guan) 鍵技術的突破，讓時間的傳(chuan) 遞更加精準。

　　“通過在新疆庫爾勒、甘肅敦煌、西藏那曲建設長波授時台，結合現有長波授時係統，以及新建的增強型羅蘭(lan) 授時差分係統，將實現百納秒量級長波授時信號在全國重點區域的全覆蓋。”劉鵬滿是自豪。

　　這隻是國家重大科技基礎設施——高精度地基授時係統的一部分。這套係統利用我國現有的通信光纖資源，布設約300個(ge) 光纖時間頻率傳(chuan) 遞節點，構建了總長約2萬(wan) 公裏、連接全國主要城市和重點用戶的光纖時間頻率傳(chuan) 遞骨幹網。

　　“依托高精度地基授時係統的建設，結合北鬥衛星導航授時係統，以及空間站高精度時間頻率實驗係統，我國將率先建成世界上獨一無二的，立體(ti) 交叉、相互增強、相互融合的國家授時體(ti) 係。”國家授時中心主任、首席科學家張首剛說。

　　有了“守時”和“授時”，還要學會(hui) “用時”。

　　這就要靠時間統一係統！當接收了北鬥衛星、長波等授時信號獲取精確時間後，係統就會(hui) 利用提取的時間信息校準本地時鍾，實時保持與(yu) “北京時間”精準同步。

　　“目前，時間統一係統已被應用在通信基站、互聯網等信息係統中，我們(men) 的手機、電腦隻要入網就可進行時間校準，保障時間的準確性。”各行各業(ye) 對時間應用的精度需求不盡相同，董道鵬舉(ju) 例說，高鐵調度管理需要秒級精度，廣播電視發播控製需要毫秒級精度，電網時間同步和故障定位、通信基站同步需要微秒級精度，衛星導航提供常規服務需要納秒級精度……

　　實現不同的精確量級，小器件大有可為(wei) ！

　　“隻要我們(men) 在需求係統內(nei) 置小型銣原子鍾或晶體(ti) 振蕩器，並配合自研高保持智能算法，即使外部授時信號丟(diu) 失一段時間，係統仍能自主保持高精度的時間信號。”中國電科10所原子鍾專(zhuan) 業(ye) 室硬件工程師韋強說。

　　比如星載原子鍾，就是衛星導航係統的“心髒”，直接決(jue) 定了衛星導航係統的定位精度。

　　“北鬥三號導航衛星就裝載著星載銣原子鍾。”韋強介紹，“我們(men) 現在不僅(jin) 能研製星載銣原子鍾係統產(chan) 品，還擁有國內(nei) 最大銣原子鍾批量生產(chan) 線，能夠提供精確的‘原子時間標尺’。”

　　精度需求永無止境，推動技術創新永不止步。“在國家需要的領域，在國家需要的時刻，去努力，去奮鬥！”這是科研團隊的心聲，更是他們(men) 譜寫(xie) “光陰的故事”的真實注腳。

　　《光明日報》（2024年01月29日 08版）