編者按：
1月29日，《光明日報》科教新聞版刊發(fā)了《把時(shí)間精确到72億年僅偏差1秒》一文，專題報道(dào)中國(guó)電科10所下屬成(chéng)都(dōu)天奧電子股份有限公司關于時(shí)間頻率技術的具體應用。
“現在幾點？”
“這(zhè)表準不準？”
你知道(dào)生活中我們随口問的這(zhè)兩(liǎng)個問題，意味著(zhe)什麼(me)嗎？
你一定想不到，這(zhè)是兩(liǎng)個嚴肅的科學(xué)問題——什麼(me)是時(shí)間？什麼(me)是标準時(shí)間？
前不久，我國(guó)科研團隊成(chéng)功研制萬秒穩定度和不确定度均優于5×10-18（相當于數十億年的誤差不超過(guò)1秒）的锶原子光晶格鍾。在此基礎上，研究團隊還(hái)對(duì)锶原子光晶格鍾的系統頻移因素開(kāi)展了逐項評定，最終得到其系統不确定度爲4×10-18，相當于72億年僅偏差1秒，已部分滿足“秒”重新定義的要求，對(duì)未來構建新一代全球時(shí)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值。
這(zhè)是一個與“時(shí)間”賽跑的故事(shì)——從研發(fā)國(guó)内首台激光抽運小型铯原子鍾、系列微型化铷原子鍾，到承建增強型羅蘭授時(shí)系統以及差分系統、甚長(cháng)基線幹涉測量網，科技工作者圍繞“守時(shí)—授時(shí)—用時(shí)”時(shí)間頻率産業鏈，不斷突破關鍵核心技術，支撐國(guó)家時(shí)間頻率體系建設。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心地下一層，放置著(zhe)“北京時(shí)間”産生的核心設備——原子鍾組和世界時(shí)測量系統，工作人員時(shí)刻關注屏幕上不斷跳動的數字，分毫不差地把産生的“北京時(shí)間”發(fā)播到全國(guó)。
“時(shí)間”，由此而來。
但地球自轉速度是越來越慢的，以地球自轉爲基礎的世界時(shí)其實并不均勻。尤其在如今的衛星導航系統中，1納秒（十億分之一秒）的時(shí)間誤差就(jiù)會(huì)導緻0.3米的距離誤差。
爲獲得既準又穩的時(shí)間，科研團隊瞄向(xiàng)“精微”，利用原子基态能(néng)級躍遷特性，通過(guò)測量原子振動的周期制造出高精度時(shí)鍾設備原子鍾，“時(shí)間”的标準由此被(bèi)重新定義。
“‘北京時(shí)間’就(jiù)是由一套幾十台守時(shí)原子鍾實時(shí)比對(duì)‘世界時(shí)’測量産生的。”成(chéng)都(dōu)天奧電子股份有限公司高級工程師董道(dào)鵬介紹，可用于守時(shí)原子鍾組的激光抽運小型铯原子鍾，由中國(guó)電科與國(guó)家授時(shí)中心聯合研制，每30萬年誤差1秒，成(chéng)功應用于國(guó)家标準時(shí)間産生系統、北鬥衛星導航系統等重要工程，以及電力、通信和計量等重要領域。
從“每30萬年誤差1秒”到“72億年僅偏差1秒”，原子鍾正變得越來越精準，滿足了科技發(fā)展對(duì)時(shí)間精度的需求。但生活在地球上的人們是按照地球的自轉規律（太陽升起(qǐ)和降落）來安排工作和生活，因此，人們離不開(kāi)世界時(shí)。
“當望遠鏡對(duì)準某顆恒星時(shí)，就(jiù)知道(dào)它指示的準确時(shí)刻，這(zhè)種(zhǒng)方法測定的時(shí)間叫(jiào)作世界時(shí)。”高精度地基授時(shí)系統天線系統工程項目總師劉鵬介紹，作爲世界時(shí)測量系統的重要技術手段，近年來，甚長(cháng)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50米口徑射電望遠鏡，日喀則、長(cháng)白山40米口徑射電望遠鏡等甚長(cháng)基線幹涉測量網建設任務，有力支撐世界時(shí)的亞毫秒級自主測量。
“時(shí)間”有了，如何把“時(shí)間”發(fā)送出去？
北鬥衛星導航系統、長(cháng)波、短波等無線電授時(shí)系統，網絡、光纖、電話等有線授時(shí)系統都(dōu)是常用的授時(shí)手段，而增強型羅蘭授時(shí)系統是目前最可靠的地基無線電授時(shí)手段。
巍巍高原鐵臂高懸，增強型羅蘭授時(shí)系統西藏那曲發(fā)射台正在加快建設。超高傘形天線絕緣設計、強度設計、低損耗設計、基于羅蘭數據通道(dào)差分信息發(fā)播、大功率高效率信号産生與合成(chéng)、精準發(fā)播控制……一項項關鍵技術的突破，讓時(shí)間的傳遞更加精準。
“通過(guò)在新疆庫爾勒、甘肅敦煌、西藏那曲建設長(cháng)波授時(shí)台，結合現有長(cháng)波授時(shí)系統，以及新建的增強型羅蘭授時(shí)差分系統，將(jiāng)實現百納秒量級長(cháng)波授時(shí)信号在全國(guó)重點區域的全覆蓋。”劉鵬滿是自豪。
這(zhè)隻是國(guó)家重大科技基礎設施——高精度地基授時(shí)系統的一部分。這(zhè)套系統利用我國(guó)現有的通信光纖資源，布設約300個光纖時(shí)間頻率傳遞節點，構建了總長(cháng)約2萬公裡(lǐ)、連接全國(guó)主要城市和重點用戶的光纖時(shí)間頻率傳遞骨幹網。
“依托高精度地基授時(shí)系統的建設，結合北鬥衛星導航授時(shí)系統，以及空間站高精度時(shí)間頻率實驗系統，我國(guó)將(jiāng)率先建成(chéng)世界上獨一無二的，立體交叉、相互增強、相互融合的國(guó)家授時(shí)體系。”國(guó)家授時(shí)中心主任、首席科學(xué)家張首剛說(shuō)。
有了“守時(shí)”和“授時(shí)”，還(hái)要學(xué)會(huì)“用時(shí)”。
這(zhè)就(jiù)要靠時(shí)間統一系統！當接收了北鬥衛星、長(cháng)波等授時(shí)信号獲取精确時(shí)間後(hòu)，系統就(jiù)會(huì)利用提取的時(shí)間信息校準本地時(shí)鍾，實時(shí)保持與“北京時(shí)間”精準同步。
“目前，時(shí)間統一系統已被(bèi)應用在通信基站、互聯網等信息系統中，我們的手機、電腦隻要入網就(jiù)可進(jìn)行時(shí)間校準，保障時(shí)間的準确性。”各行各業對(duì)時(shí)間應用的精度需求不盡相同，董道(dào)鵬舉例說(shuō)，高鐵調度管理需要秒級精度，廣播電視發(fā)播控制需要毫秒級精度，電網時(shí)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……
實現不同的精确量級，小器件大有可爲！
“隻要我們在需求系統内置小型铷原子鍾或晶體振蕩器，并配合自研高保持智能(néng)算法，即使外部授時(shí)信号丢失一段時(shí)間，系統仍能(néng)自主保持高精度的時(shí)間信号。”中國(guó)電科10所原子鍾專業室硬件工程師韋強說(shuō)。
比如星載原子鍾，就(jiù)是衛星導航系統的“心髒”，直接決定了衛星導航系統的定位精度。
“北鬥三号導航衛星就(jiù)裝載著(zhe)星載铷原子鍾。”韋強介紹，“我們現在不僅能(néng)研制星載铷原子鍾系統産品，還(hái)擁有國(guó)内最大铷原子鍾批量生産線，能(néng)夠提供精确的‘原子時(shí)間标尺’。”
精度需求永無止境，推動技術創新永不止步。“在國(guó)家需要的領域，在國(guó)家需要的時(shí)刻，去努力，去奮鬥！”這(zhè)是科研團隊的心聲，更是他們譜寫“光陰的故事(shì)”的真實注腳。
（來源/電科天奧）
