梅剛?cè)A（右）介紹甚高精度星載銣原子鐘。

文/圖 湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 肖麗瓊 通訊員 楊婷婷 實(shí)習(xí)生 胡曉晗 林柱斌

“目前，世界上最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具是原子鐘！”4月25日，在中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院（簡(jiǎn)稱“精密測(cè)量院”），著名原子鐘專家、研究員梅剛?cè)A向記者介紹。

此刻，他的面前擺著一個(gè)金色盒子，普通鞋盒大小，頂部有幾個(gè)電連接器插口……乍一看，很難讓人與“鐘”等計(jì)時(shí)器關(guān)聯(lián)起來(lái)。

這個(gè)盒子正是甚高精度星載銣原子鐘，每天計(jì)時(shí)誤差不超過(guò)百億分之三秒的“時(shí)間魔盒”，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“心臟”。

據(jù)介紹，原子鐘于20世紀(jì)50年代出現(xiàn)，基于量子物理學(xué)的基本原理。原子由原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成，電子在不同的能級(jí)之間躍遷時(shí)，會(huì)釋放特定頻率的電磁波，這些電磁波的頻率是固定的，不受外界干擾，因此可以用來(lái)作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。目前，用作原子鐘工作物質(zhì)的元素有氫（Hydrogen）、銫（Cesium）、銣（Rubidium）等。

精密測(cè)量院是我國(guó)最早開(kāi)展原子鐘研究的單位，也是國(guó)內(nèi)唯一具備星載銣原子鐘整機(jī)設(shè)計(jì)和研制能力的單位。2018年11月19日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心以“一箭雙星”方式成功發(fā)射我國(guó)北斗三號(hào)系統(tǒng)第十八顆、第十九顆組網(wǎng)衛(wèi)星。這是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)首次裝載由精密測(cè)量院研制的甚高精度星載銣原子鐘，可為北斗系統(tǒng)提供分米級(jí)定位能力。

為何選擇研發(fā)銣原子鐘？在精密測(cè)量院展示室，看著依次排列的10余種原子鐘樣機(jī)，答案已見(jiàn)分曉。

早期的氫原子鐘有1人多高，最新一代的星載銣鐘則只有鞋盒大小?！靶l(wèi)星內(nèi)部空間寸土寸金?！泵穭?cè)A說(shuō)，有限的空間、能源條件，對(duì)星載原子鐘的重量、體積和能耗等指標(biāo)提出極高要求。這些因素，決定了星載原子鐘的發(fā)展趨勢(shì)是體積越來(lái)越小、性能越來(lái)越好，銣原子鐘能同時(shí)兼顧上述兩個(gè)要求。

如今，星載原子鐘是北斗“心臟”；曾經(jīng)，卻是“心病”。

1997年，梅剛?cè)A團(tuán)隊(duì)接到研制北斗星載原子鐘的任務(wù)。當(dāng)時(shí)，星載原子鐘技術(shù)僅為美國(guó)等少數(shù)國(guó)家掌握，在我國(guó)屬于技術(shù)空白。面對(duì)歐美的技術(shù)封鎖，只能走自主研發(fā)這一條路。提起那段自力更生的歲月，梅剛?cè)A忍不住感嘆“非常難”：“一味地追趕，最多跟別人做得一樣好；只有創(chuàng)新，才能超越。什么東西難你就得干什么，越是難就越關(guān)鍵，你就越是要去攻克。”

從“空白”到領(lǐng)跑，梅剛?cè)A團(tuán)隊(duì)用了20多年。他回憶，當(dāng)時(shí)，我國(guó)原子鐘的精度跟西方發(fā)達(dá)國(guó)家相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)，將近100倍?，F(xiàn)在，甚高精度銣鐘計(jì)時(shí)精度已經(jīng)超過(guò)代表國(guó)外最高水平的GPS系統(tǒng)新一代銣鐘，在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。

梅剛?cè)A表示，現(xiàn)有的星載銣鐘完全可以滿足北斗三號(hào)系統(tǒng)定位精度應(yīng)用需求，但“搞科學(xué)研究，要吃著碗里、看著鍋里，往后多看幾步?！鼻安痪?，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出的新型銣鐘，秒級(jí)頻率穩(wěn)定度比甚高精度銣鐘還要高出近1個(gè)數(shù)量級(jí)，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，為研制下一代北斗系統(tǒng)星載原子鐘提供了技術(shù)儲(chǔ)備。