白駒過隙、一日三秋、天長地久……時間，承載了人們對韶光易逝的感慨，也見證了那些浪漫的期待與不朽的功勛。

時間，對于另外一群人而言，還有著更為重要的意義。它不僅是國家戰(zhàn)略資源，事關(guān)國家安全和經(jīng)濟社會運行，更是國家話語權(quán)的體現(xiàn)。

“十三五”期間，我國投資16.7億元，研制建設(shè)高精度地基授時系統(tǒng)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，“這是時間頻率領(lǐng)域在新時代的大科學(xué)裝置，建成后的全國光纖授時骨干網(wǎng)將實現(xiàn)國際最高水平的時間頻率傳遞能力，支撐經(jīng)濟社會運行和相關(guān)基礎(chǔ)研究等。”中國科學(xué)院國家授時中心主任、首席科學(xué)家張首剛說。

近20年來，張首剛一手建立起來的中國科學(xué)院國家授時中心量子頻標(biāo)研究團隊，已擁有近百名中青年科研人員。他們始終著眼國家需求和經(jīng)濟社會發(fā)展，以實現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生的自主可控與性能提升、國家標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)播的安全可靠與便捷應(yīng)用為己任，攀登一座又一座科研高峰，推動時間頻率科學(xué)實現(xiàn)自立自強。

實現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生的自主可控

“鐺、鐺、鐺……現(xiàn)在是北京時間9點整。”清脆的聲音從陜西省西安市臨潼區(qū)中國科學(xué)院國家授時中心大門上方的一塊大鐘表發(fā)出。我們?nèi)粘Ｊ褂玫膰覙?biāo)準(zhǔn)時間“北京時間”，就是從這里產(chǎn)生并發(fā)播到全國各地。

看似尋常最奇崛。在國際單位制的七個基本物理量中，時間是測量精度最高、應(yīng)用最廣的一個。1967年，為提高時間測量精度，第十三屆國際計量大會修改了時間單位“秒”的定義，以反映地球自轉(zhuǎn)狀態(tài)的天文時“秒”，變更為以原子內(nèi)部電磁振蕩周期計時的原子時“秒”。

“近代中國，標(biāo)準(zhǔn)時間的產(chǎn)生和傳遞曾長期被外國人主導(dǎo)并把持。”張首剛說，一個國家是否能研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的原子鐘，不僅代表著相關(guān)領(lǐng)域的科研實力，更代表著保障國家安全的能力水平。

“1998年，一名西方國家的知名物理學(xué)家在中國參觀后，認為中國的原子鐘實驗研究過程是在靠‘碰運氣’。”張首剛回憶，自己被這句話深深刺痛，立志要做出一臺長中國人志氣的原子鐘。

2005年，張首剛從法國學(xué)成回國后，只身來到國家授時中心，創(chuàng)建團隊，主持原子鐘研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)時間研究。

“最初的課題組包括張老師在內(nèi)，只有3個人研制銫原子噴泉鐘，當(dāng)時國家授時中心沒有任何原子鐘研究基礎(chǔ)，研究過程非常艱辛。”作為張首剛回國后指導(dǎo)的第一個研究生，阮軍全程參與了銫原子噴泉鐘的研制。

如何減少微波泄露，一度成為團隊最頭疼的問題。“經(jīng)過多次研討和大量實驗，我們最終選擇了通過銦絲密封6處接口等技術(shù)。”阮軍介紹，“僅僅這一個環(huán)節(jié)，就花費了我們一年半的時間，而一臺原子鐘的制造，要經(jīng)歷成百上千個類似這樣的精細環(huán)節(jié)。”

銫原子噴泉鐘是目前世界上最好的基準(zhǔn)型原子鐘，“從2005年到2012年，張首剛團隊終于自主研制出了國家授時中心第一臺銫原子噴泉鐘；2018年和2022年，第二、三臺銫原子噴泉鐘相繼被研制出來。”阮軍介紹，目前課題組已發(fā)展成9人，團隊人員學(xué)科背景也更為合理，銫原子噴泉鐘的性能也在持續(xù)提升，精度也從E-15量級提升至E-16量級，實現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生的自主校準(zhǔn)。

國家標(biāo)準(zhǔn)時間是原子時和天文時的協(xié)調(diào)產(chǎn)物，協(xié)調(diào)了原子鐘測量的原子時和天文觀測系統(tǒng)測量的世界時。產(chǎn)生國家標(biāo)準(zhǔn)時間不僅需要基準(zhǔn)型原子鐘，也需要守時型原子鐘。小銫鐘是各國守時應(yīng)用最多的原子鐘，美國一直獨家壟斷，并對我國禁運。張首剛團隊?wèi)?yīng)用新原理，與企業(yè)合作研發(fā)了國際第一款守時型光抽運小銫鐘產(chǎn)品，百余臺產(chǎn)品用于海軍導(dǎo)航、北斗導(dǎo)航、5G通信以及北極科考等。團隊繼美國之后，也成功研制更高性能的新型守時鐘—銣原子噴泉鐘。研發(fā)的兩類新型守時原子鐘，均運行于國家標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生系統(tǒng)，并對國際標(biāo)準(zhǔn)時間產(chǎn)生作出貢獻?；诘厍蜃赞D(zhuǎn)測量的世界時是航天工程及國防建設(shè)必要參數(shù)。為打破我國世界時數(shù)據(jù)一直依賴國外的不利局面，團隊提出并實現(xiàn)了多技術(shù)融合的世界時高精度連續(xù)自主測量與服務(wù)。

“那位說中國靠‘碰運氣’的外國科學(xué)家，在2019年的一次學(xué)術(shù)年會上碰到我時，對中國在時頻領(lǐng)域所取得的成就表示了肯定和欽佩。”再說起這件事，張首剛的嘴角不自覺地上揚了起來。

打造時間頻率科學(xué)的“國家隊”

近年來，黨中央、國務(wù)院高度重視大科學(xué)裝置建設(shè)，將其視為提升我國基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究水平、促進相關(guān)領(lǐng)域國際科技合作的重要支撐。大科學(xué)裝置是否能帶動建制化基礎(chǔ)科學(xué)研究，關(guān)鍵要看人才隊伍是否持續(xù)發(fā)展。

“國家授時中心非常重視人才，盡最大努力給人才搭建事業(yè)平臺。”量子頻標(biāo)研究室研究員董瑞芳說，“2010年，我來到單位后，因為是開拓一個新方向，前期沒有任何基礎(chǔ)，單位一下子給我撥了150萬元項目啟動經(jīng)費，支持我開展科研工作。”

目前，董瑞芳已經(jīng)成為量子頻標(biāo)研究室的主任，主要從事量子時間同步研究工作，主持承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金重點和面上項目、中國科學(xué)院前沿重點及科研裝備研發(fā)等項目。

在積極吸納海內(nèi)外優(yōu)秀人才的同時，國家授時中心也在依托中國科學(xué)院積極培養(yǎng)人才。董瑞芳除了開展自身的科研工作，還是中國科學(xué)院博士生導(dǎo)師，指導(dǎo)培養(yǎng)了多名研究生，為研究的可持續(xù)發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。如今，量子頻標(biāo)研究室已擁有近百名中青年科研人員，發(fā)展成為中國科學(xué)院重點實驗室，并被中國科學(xué)院推薦參加全國重點實驗室重組。

“2018年開始，為了加大人才引進力度，我們專門設(shè)立了‘人才伯樂獎’，鼓勵員工積極推薦海內(nèi)外高層次人才和學(xué)術(shù)帶頭人，積極推薦并成功引進人才后，會為推薦者發(fā)放最高3萬元的獎金。”國家授時中心人事處處長呂鵬綱介紹。

2022年初，博士畢業(yè)不到兩年的陳龍、張攀通過專家團隊綜合評審，分別被委以空間超窄線寬激光器子系統(tǒng)主任設(shè)計師和空間飛秒光學(xué)頻率梳子系統(tǒng)副主任設(shè)計師的重任，經(jīng)過艱苦攻關(guān)，中國科學(xué)院國家授時中心承研的空間超窄線寬激光器和空間飛秒光學(xué)頻率梳在2022年11月8日首次上電測試即實現(xiàn)了自動閉環(huán)鎖定，標(biāo)志著世界首臺空間超窄線寬激光器成功在軌運行。

不拘一格用人才的同時，國家授時中心也對人才能力與待遇的匹配度進行考核監(jiān)督，全力打造時間頻率科學(xué)的“國家隊”。“這個考核監(jiān)督體系給了我們年輕人干事創(chuàng)業(yè)的機會和平臺，同時督促著我們?nèi)蝿?wù)完成的進度和質(zhì)量。”陳龍說。

“國家隊”就要擔(dān)“國家責(zé)”

一秒鐘，是手表秒針的一聲“滴答”。秒以下的時間按千分之一逐級遞減，還有毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒、仄秒等時間單位。

實現(xiàn)高精度時間測量，有何意義呢？

簡單地講，有了毫秒級的時間，電網(wǎng)可以高效運行；有了微秒級的時間，移動通信可以進入4G時代；有了納秒級的時間，衛(wèi)星導(dǎo)航才能提供常規(guī)服務(wù)；有了皮秒級的時間，一些理論是否正確就有了檢驗的可能……

“1納秒是十億分之一秒。2017年以來，北京時間與國際標(biāo)準(zhǔn)時間的偏差一直在減小，從原來的5納秒到現(xiàn)在的2納秒，位居國際前三。”張首剛介紹。產(chǎn)生高性能的國家標(biāo)準(zhǔn)時間是為了授時發(fā)播，是為了服務(wù)不同應(yīng)用需求。授時系統(tǒng)是國家重大基礎(chǔ)設(shè)施。我國建立了國際先進的多手段授時系統(tǒng)。面向未來需求，張首剛提出了天地一體化的國家彈性授時體系架構(gòu)，并帶隊逐步建設(shè)。2022年10月31日，夢天實驗艙載著高精度時頻實驗柜飛上了太空。“有了這個實驗柜，天宮空間站時頻實驗系統(tǒng)將融合北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、在建地基授時系統(tǒng)和現(xiàn)有的授時系統(tǒng)，預(yù)計在5年內(nèi)，我們將建成世界上獨一無二的天地融合、立體交叉的國家授時系統(tǒng)。”張首剛說。

“我們正在加快建設(shè)空天地立體交叉授時系統(tǒng)，著重往深空探測的方向發(fā)展，這個系統(tǒng)建成后，長距離、跨區(qū)域重大設(shè)施之間的時間同步精度可以提高四個到五個數(shù)量級，對科學(xué)研究和國家安全意義重大。”國家授時中心黨委書記竇忠介紹，“對于大眾來說，這同樣是個利好消息，將來我們的生活會更加便利，數(shù)字通信、無人駕駛、智慧城市等的建設(shè)會進一步加快。”

目前，國家授時中心在時間頻率領(lǐng)域培養(yǎng)了一支從時間頻率產(chǎn)生、測量、傳遞到應(yīng)用的全學(xué)科、成建制的人才隊伍，并通過一批批重大項目的高強度歷練，培養(yǎng)了很多中堅骨干力量，為我國授時體系發(fā)展儲備了人才基礎(chǔ)。

“國家利益延伸到哪里，我們的授時服務(wù)就拓展到哪里。”張首剛表示，“國家人”就要做“國家事”，“國家隊”就要擔(dān)“國家責(zé)”，隨著需求的發(fā)展，他們會將授時服務(wù)延伸到深空、深海。

背景鏈接

中國科學(xué)院國家授時中心，位于陜西省西安市臨潼區(qū)，前身為陜西天文臺，是以時間頻率研究、授時服務(wù)為主，同時開展天體測量學(xué)、太陽物理、日地關(guān)系、天體力學(xué)、人造衛(wèi)星觀測與研究的綜合性天文研究機構(gòu)。全臺分設(shè)臺本部和授時部兩部分。臺本部包括時頻主控系統(tǒng)、科研實驗室、天文觀測站和領(lǐng)導(dǎo)管理機關(guān)，駐陜西省西安市臨潼區(qū)。授時部（即二部）為長波和短波授時電臺，位于陜西省渭南市蒲城縣境內(nèi)。

1966年，經(jīng)國家科委批準(zhǔn)籌建；1970年，經(jīng)周恩來總理批準(zhǔn)短波授時臺試播；1981年，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)正式發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時間和頻率信號；20世紀70年代初，為適應(yīng)中國戰(zhàn)略武器發(fā)射、測控和空間技術(shù)發(fā)展的需要，經(jīng)國務(wù)院和中央軍委批準(zhǔn)，在陜西天文臺增建長波授時臺（BPL）；1986年，通過由國家科委組織的國家級技術(shù)鑒定后正式發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時間、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號。

中國科學(xué)院國家授時中心是國務(wù)院1981年首批批準(zhǔn)招收研究生的科研機構(gòu)。截至2015年10月底，國家授時中心共有博士研究生指導(dǎo)教師16名，碩士研究生指導(dǎo)教師29名。設(shè)有2個中國科學(xué)院重點實驗室及十余個先進的實驗室。

自20世紀70年代初正式承擔(dān)中國標(biāo)準(zhǔn)時間、標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)播任務(wù)以來，中國科學(xué)院國家授時中心為國民經(jīng)濟發(fā)展等諸多行業(yè)和部門提供了可靠的高精度的授時服務(wù)，基本滿足了國家的需求。

進入21世紀，國家授時中心利用在時頻領(lǐng)域的長期技術(shù)積累，創(chuàng)新性地研制建設(shè)了“中國區(qū)域定位系統(tǒng)”，在定位和授時方面性能卓越，滿足了國家急需，為中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研制建設(shè)作出突出貢獻，因此榮獲國家科技進步特等獎，國家授時中心也成為北斗系統(tǒng)建設(shè)的一支重要力量。

2018年11月，習(xí)近平總書記為國家授時中心承辦的“聯(lián)合國全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際委員會第13屆大會”發(fā)來賀信，擘畫了中國綜合時空體系的未來藍圖。