大國(guó)“鐘”匠——記中科院國(guó)家授時(shí)中心首席科學(xué)家張首剛和他的“時(shí)間團(tuán)隊(duì)”

 時(shí)間的產(chǎn)生、保持，以及把時(shí)間信息通過(guò)一定的方式傳送出去，叫作“授時(shí)”。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)一代代授時(shí)人扎根大西北，甘坐冷板凳，篳路藍(lán)縷、創(chuàng)新自強(qiáng)，鑄就了精準(zhǔn)的“中國(guó)時(shí)間”。 ——題記

 在舉世聞名的秦始皇兵馬俑所在地——西安市臨潼區(qū)，自西向東從西安主城區(qū)駛來(lái)的地鐵在抵達(dá)華清池站后，以一個(gè)近乎直角的角度折向北行。

一部分原因，是要避開(kāi)東側(cè)約兩公里外的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，以免有可能影響從這里產(chǎn)生并保持的中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間——北京時(shí)間。

 中科院國(guó)家授時(shí)中心在其前身陜西天文臺(tái)的建成之初，主要是為滿(mǎn)足***與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的急需而設(shè)立的。如今，中科院國(guó)家授時(shí)中心主任、首席科學(xué)家張首剛和他的“時(shí)間團(tuán)隊(duì)”實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)突破，把我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差從100納秒減小到5納秒內(nèi)，使其整體性能位居世界前列，將國(guó)家利益鐫刻進(jìn)“星辰大海”。

爭(zhēng)氣 立志要造“中國(guó)大鐘”

張首剛的辦公桌臺(tái)面夾層下鋪著一件白色T恤衫，印著一個(gè)桶狀精密裝置的圖案。

 2月8日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心首席科學(xué)家張首剛在空間光鐘實(shí)驗(yàn)室工作。新華社記者 張博文 攝“T恤是我在法國(guó)巴黎天文臺(tái)畢業(yè)時(shí)同事們?yōu)槲叶ㄗ龅摹．?huà)面上的裝置，就是我參與改造的世界上***臺(tái)銫原子噴泉鐘。”他說(shuō)。

 在國(guó)際單位制的七個(gè)基本物理量中，時(shí)間是測(cè)量精度最高、應(yīng)用最廣的一個(gè)。1967年，為提高時(shí)間測(cè)量精度，第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)修改了時(shí)間單位“秒”的定義，以反映地球自轉(zhuǎn)狀態(tài)的天文時(shí)“秒”變更為以原子內(nèi)部電磁振蕩周期計(jì)時(shí)的原子時(shí)“秒”。自此，一些物理學(xué)家為能否研制出關(guān)乎時(shí)間產(chǎn)生與保持的原子鐘，即原子頻率標(biāo)準(zhǔn)（頻標(biāo)）而努力，這不僅是一國(guó)時(shí)間頻率科學(xué)***與否的戰(zhàn)略資源，更是國(guó)家主權(quán)的彰顯。

  曾任北京大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)的物理學(xué)家王義遒說(shuō)過(guò)：“在精確打擊時(shí)代，原子鐘的作用不亞于原子彈。”

 “1998年，一名西方國(guó)家的知名物理學(xué)家在中國(guó)參觀后，說(shuō)中國(guó)原子鐘實(shí)驗(yàn)研究靠‘碰運(yùn)氣’。我在與實(shí)驗(yàn)室其他科研人員閑談中得知了這句話(huà)，被深深刺激，立志要做出一臺(tái)長(zhǎng)中國(guó)人志氣的原子鐘。”張首剛說(shuō)。

 2005年，張首剛海外學(xué)成回國(guó)后離開(kāi)北京，來(lái)到位于西安市臨潼區(qū)的國(guó)家授時(shí)中心，主持原子鐘研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間研究。

 2月8日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心首席科學(xué)家張首剛（左）在銫原子噴泉鐘實(shí)驗(yàn)室工作。新華社記者 張博文 攝

“當(dāng)時(shí)國(guó)家授時(shí)中心用于守時(shí)的小銫鐘完全依賴(lài)進(jìn)口，更沒(méi)有基準(zhǔn)型銫原子噴泉鐘，就連相關(guān)研制設(shè)備和研究人員也都沒(méi)有。”據(jù)張首剛的大學(xué)校友且?guī)缀跬跉w國(guó)的國(guó)家授時(shí)中心研究員郭文閣回憶，就是在這樣的條件下，張首剛從一個(gè)人起步、從單位一間地下室起步、從一把螺絲刀起步，搭建平臺(tái)、招募人才。

 現(xiàn)如今，他建立起的國(guó)家授時(shí)中心量子頻標(biāo)研究室已擁有近百名中青年科研人員，并發(fā)展成為中科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；不僅自主研制出了國(guó)際***的基準(zhǔn)型銫原子噴泉鐘，還在2018年實(shí)現(xiàn)守時(shí)型光抽運(yùn)小銫鐘的產(chǎn)品化。

 2月8日，張首剛（中）在空間窄線寬激光實(shí)驗(yàn)室與科研團(tuán)隊(duì)成員交流。新華社記者 張博文 攝

 應(yīng)用廣泛的便攜化小銫鐘產(chǎn)品，此前50多年都被美國(guó)***壟斷。2017年，小銫鐘產(chǎn)品陸續(xù)對(duì)華禁售。

 如今這款國(guó)產(chǎn)小銫鐘不僅已應(yīng)用在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、長(zhǎng)河二號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)、5G通信系統(tǒng)以及北極科考等任務(wù)，也裝備在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生與保持系統(tǒng)。2021年11月，三臺(tái)國(guó)產(chǎn)小銫鐘在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間計(jì)算中取得貢獻(xiàn)權(quán)重，并被國(guó)際權(quán)度局推薦給各國(guó)用于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生。

 “那位說(shuō)中國(guó)靠‘碰運(yùn)氣’的外國(guó)科學(xué)家，在2019年的一次學(xué)術(shù)年會(huì)上碰到我時(shí)，對(duì)中國(guó)時(shí)頻領(lǐng)域取得的成就表示了欽佩。”張首剛說(shuō)。

 奉獻(xiàn) 賡續(xù)紅色血脈的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)與張首剛的那件T恤衫同樣在他辦公室一放就是好幾年的，還有四瓶香檳酒。這是他從法國(guó)帶回來(lái)，起初是準(zhǔn)備在某次重大突破后和大伙兒慶祝用的。

 可直到現(xiàn)在，哪怕他們?nèi)〉昧嗽俣嗫蒲型黄疲瑧c功酒都未啟封。張首剛說(shuō)，并非無(wú)功可慶，而是授時(shí)人心中都有一面表盤(pán)：在對(duì)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度性能永無(wú)止境的追求中，每一次付出的終點(diǎn)，都會(huì)周而復(fù)始成為新的起點(diǎn)。

 近代中國(guó)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和傳遞曾長(zhǎng)期被外國(guó)人所主導(dǎo)并把持。新中國(guó)成立后，隨著大規(guī)模***和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的啟動(dòng)，急需在內(nèi)陸腹地的隱蔽地點(diǎn)建設(shè)一座授時(shí)臺(tái)。

 在周恩來(lái)總理關(guān)懷下，坐落于陜西省蒲城縣的陜西天文臺(tái)在1966年始建，并于1971年開(kāi)啟短波授時(shí)。

 參與陜西天文臺(tái)創(chuàng)建的，有不少是來(lái)自北京、上海、南京等大城市的科學(xué)家和青年大學(xué)生。曾任陜西天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)的漆貫榮回憶，當(dāng)時(shí)剛從南京大學(xué)畢業(yè)的他，與首批另外十多名青年下了火車(chē)轉(zhuǎn)汽車(chē)，下了汽車(chē)又步行才抵達(dá)遠(yuǎn)離人煙的蒲城縣金幟山下。

 回憶當(dāng)時(shí)眼前荒草叢生的工地，漆貫榮說(shuō)：“就算是搬石頭，也要憑著雙手把天文臺(tái)建起來(lái)！”

 短波授時(shí)臺(tái)的建成，使我國(guó)具備國(guó)土全覆蓋的陸基無(wú)線電授時(shí)能力，翻開(kāi)了中國(guó)授時(shí)的新一頁(yè)。在此基礎(chǔ)上，長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)小功率試驗(yàn)臺(tái)于1976年7月試播，4個(gè)月后，信號(hào)正式每天定時(shí)發(fā)播。

 “搞全國(guó)性的一個(gè)鐘……不光是對(duì)***技術(shù)重要，而且對(duì)我國(guó)自然科學(xué)，乃至整個(gè)科學(xué)的發(fā)展，都至關(guān)重要。”錢(qián)學(xué)森曾這樣形容長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)的意義。

 2月8日，科研人員在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心空間鍶原子光鐘實(shí)驗(yàn)室工作。新華社記者 張博文 攝

 長(zhǎng)波授時(shí)體系的建成，讓中國(guó)趕上了世界步伐。這項(xiàng)成果也在1988年榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

 在獨(dú)立自主的授時(shí)體系建設(shè)中，一批中青年科技工作者扎根西部、科技報(bào)國(guó)。為進(jìn)一步適應(yīng)國(guó)家對(duì)授時(shí)工作的要求，陜西天文臺(tái)在1980年搬至臨潼，并于2001年更名為中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心。地址與名稱(chēng)雖變但初心未改，新時(shí)代的授時(shí)人賡續(xù)著紅色血脈，執(zhí)著于鉆研與奉獻(xiàn)。

 原子鐘是前沿理論和***技術(shù)的結(jié)晶，用十年乃至更久時(shí)間做出一臺(tái)原子鐘是常態(tài)。授時(shí)人受的苦，有時(shí)不只是身體的苦：有的久坐患上腰椎間盤(pán)突出也沒(méi)時(shí)間去做手術(shù)，有的腳踝骨裂打著石膏拄著拐在春節(jié)假期跳進(jìn)實(shí)驗(yàn)室；但更多的，是與成百上千個(gè)部件儀器“長(zhǎng)相廝守”坐冷板凳之苦。

 光鐘是前瞻性原子鐘，國(guó)家授時(shí)中心研究員常宏負(fù)責(zé)著鍶原子光鐘的研制。

 2月7日，科研人員在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心空間鍶原子光鐘實(shí)驗(yàn)室討論項(xiàng)目進(jìn)度。新華社記者 張博文 攝

 但他說(shuō)，在這全世界都盯著的戰(zhàn)略高地，想要搶占下來(lái)，時(shí)間窗口只有一兩年。國(guó)家的計(jì)劃，不能在自己這里耽誤了，再難也得咬著牙把研究推下去。

“造鐘是值得一生為之付出的事業(yè)，因?yàn)檫@是國(guó)家的戰(zhàn)略需求；造鐘也是一生干不完的事業(yè)，因?yàn)楦餍懈鳂I(yè)的發(fā)展進(jìn)步對(duì)原子鐘性能，包括使用便捷度的要求無(wú)止境。”張首剛說(shuō)。

 投身這項(xiàng)事業(yè)至今的31年里，他帶隊(duì)研制出了9種不同應(yīng)用類(lèi)型的新型原子鐘。

 創(chuàng)新 不斷勇攀世界科技高峰經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展脈動(dòng)的通信、電力、金融、導(dǎo)航等系統(tǒng)，其有效運(yùn)行都有賴(lài)于高精度的時(shí)間同步。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，授時(shí)系統(tǒng)不僅是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的公益工程，還是關(guān)乎國(guó)家安全的戰(zhàn)略重器。

 2003年，為滿(mǎn)足國(guó)家重大急需，國(guó)家授時(shí)中心與相關(guān)研究院所憑借時(shí)間頻率技術(shù)與天文科學(xué)理論的積累，用不到三年時(shí)間研制建成中國(guó)區(qū)域定位系統(tǒng)（CAPS）演示驗(yàn)證系統(tǒng)，精度不亞于美國(guó)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

 2月8日，科研人員在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心時(shí)間頻率基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室記錄數(shù)據(jù)。新華社記者 張博文 攝

“CAPS系統(tǒng)建設(shè)體現(xiàn)出‘勇于創(chuàng)新’的精神，依然在鼓舞著新時(shí)代授時(shí)人前行。”中科院國(guó)家授時(shí)中心黨委書(shū)記竇忠說(shuō)，創(chuàng)新是***科技進(jìn)步的***動(dòng)力。黨的十八大以來(lái)，國(guó)家授時(shí)中心堅(jiān)持自主創(chuàng)新不停步、走快步，在國(guó)家戰(zhàn)略的必爭(zhēng)領(lǐng)域加強(qiáng)布局、做強(qiáng)做大。

 把比微波原子鐘精度更高的光鐘送上太空，實(shí)現(xiàn)高精度空間時(shí)間基準(zhǔn)，是當(dāng)前世界科技發(fā)展的前沿。張首剛和團(tuán)隊(duì)的十多名中青年“鐘匠”，用十年打造出了中心的***臺(tái)地面光鐘，如今的工作是把這臺(tái)鋪開(kāi)來(lái)足有20多平方米的光鐘塞進(jìn)不到1立方米的***實(shí)驗(yàn)柜，其難度不只是器部件的尺寸縮小，更是系統(tǒng)與工藝的再造，需要突破系列關(guān)鍵技術(shù)。眼下，這臺(tái)“爭(zhēng)氣鐘”正加緊在國(guó)家授時(shí)中心研制。

 這是中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心時(shí)間頻率基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室北京時(shí)間監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（2月7日攝）。新華社記者 張博文 攝

“國(guó)家授時(shí)中心的時(shí)間頻率研究和授時(shí)工作取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，就是有這群可愛(ài)的同事們。”張首剛說(shuō)，“國(guó)家人”做“國(guó)家事”、“國(guó)家隊(duì)”擔(dān)“國(guó)家責(zé)”，國(guó)家授時(shí)中心始終把國(guó)家利益放在首位，致力于填補(bǔ)一個(gè)又一個(gè)國(guó)內(nèi)空白：

——重啟世界時(shí)這一戰(zhàn)略資源的自主測(cè)量，擺脫此前世界時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)外的依賴(lài)，保障我國(guó)***任務(wù)的順利進(jìn)行。

——啟動(dòng)高精度地基授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)，將光纖授時(shí)與改進(jìn)后的長(zhǎng)波授時(shí)結(jié)合形成地基授時(shí)，并與衛(wèi)星授時(shí)融合，搭建天地一體的授時(shí)體系。

——發(fā)展網(wǎng)絡(luò)時(shí)間傳遞及應(yīng)用新技術(shù)，在云端建立節(jié)點(diǎn)，建立起網(wǎng)絡(luò)授時(shí)系統(tǒng)，填補(bǔ)高精度“北京時(shí)間”在網(wǎng)絡(luò)空間的缺位。……

  2月7日，在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心空間鍶原子光鐘實(shí)驗(yàn)室，測(cè)量?jī)x器顯示相關(guān)實(shí)驗(yàn)信號(hào)。新華社記者 張博文 攝

 “國(guó)家利益拓展到哪里，我們的授時(shí)服務(wù)就跟到哪里。”張首剛說(shuō)，授時(shí)人將賡續(xù)紅色血脈，弘揚(yáng)“兩彈一星”精神和老一輩科學(xué)家精神，堅(jiān)持自主創(chuàng)新***高質(zhì)量發(fā)展，在新時(shí)代的授時(shí)工作中奪取更大的成績(jī)。