关注我们
荆楚网 > 新闻频道 > 湖北日报

奋进强国路 澎湃中国芯 | 湖北团队奋斗近30年,让中国卫星跳动“中国心率” 45个“湖北造”铷原子钟服役北斗三号

发布时间:2024年09月17日07:05 来源: 湖北日报

梅刚华在原子钟整机调试间工作。    (受访单位供图)

湖北日报全媒记者 肖丽琼

编者按

今年是新中国成立75周年。75年来,中国从积贫积弱迈向繁荣富强,创造了人类发展史上的伟大奇迹。75年来,中国经济影响力持续提升,成功迈进现代化建设的新阶段。湖北立足雄厚的工业基础,以科技创新引领产业创新,一批“中国芯”带动中国制造由大变强,服务中国式现代化建设。

即日起,湖北日报开设“奋进强国路 澎湃中国芯”专栏,展现湖北人民推进科技自立自强的拼搏作为,见证中国式现代化伟大成果。

“日常使用的时钟如果每天快慢几秒,计时精度就算很高了。但是一台铷原子钟,每天的计时误差可能只有百亿分之几秒。”9月10日上午,在位于武汉的中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(以下简称“精密测量院”),著名原子钟专家梅刚华研究员这样形容原子钟的精度。

他的面前,是一个鞋盒大小的金色盒子。这个盒子正是甚高精度星载铷原子钟——每天计时误差不超过百亿分之三秒的“时间魔盒”,北斗卫星导航系统的“心脏”。

为让这颗北斗“心脏”跳出“中国心率”,梅刚华和团队奋斗了近30年。“现在的北斗三号卫星上,装备了45个我们的铷原子钟!”梅刚华的自豪之情溢于言表。

欧美技术封锁,倒逼湖北科学家自主研发

“做不出原子钟,北斗系统就建不成。”北斗工程总设计师孙家栋院士曾这样界定原子钟的关键作用。

原子钟是基于量子物理学的基本原理——原子由原子核和电子组成,电子在不同的能级之间跃迁时,会释放特定频率的电磁波,这些电磁波的频率是固定的,不受外界干扰,因此可以用来作为时间标准。

梅刚华说,日常生活中,大家或许感受不到原子钟的存在,然而正是依靠原子钟的计时精度,让人类每一场竞赛、每一次卫星发射,乃至金融市场的每一笔交易,都能在时间的洪流中找到自己的精准坐标。

星载原子钟是北斗的“心脏”,却一度是北斗人的“心病”。

1985年,梅刚华从武汉大学硕士毕业,分配到中国科学院武汉物理与数学研究所(简称“武汉物数所”,精密测量院前身)。武汉物数所是我国最早开展原子钟研究的单位,也是梅刚华“梦开始的地方”。

梅刚华早期从事了10年的原子物理基础研究。他由此获得博士学位,也练就了扎实的原子钟技术研究基本功。

20世纪90年代,我国制定了北斗卫星导航系统“三步走”发展战略。能否实现原子钟技术突破,关系到北斗系统建设的成败。当时,星载原子钟技术仅为少数西方国家所掌握,在我国属于技术空白。星载原子钟机理复杂、技术难度极大,要实现从无到有的突破,难度可想而知。

1997年,梅刚华团队接下研制北斗星载铷原子钟的任务。此时,欧美国家已经先行了近30年。

“刚开始的时候,我们铷钟的精度跟西方发达国家比差了将近100倍。在可靠性、寿命、卫星环境适应性方面,更是连设计概念都没有,差不多是一片空白。”面对欧美的技术封锁,梅刚华明白,只能走自主研发这一条路。

越是关键,就越要去攻克

从核心部件突破!

微波腔是铷原子钟的核心部件。在深入研究现有技术局限性的基础上,他创新性地提出,利用一个开槽管结构,可能大大改善微波腔的性能。但是,在一个胶卷大小的开槽管上开几个槽,槽的宽度是多少,长度是多少,当时没有计算机模拟仿真技术,他只能凭经验一点点尝试,一个个参数摸索。历经无数日夜、反复试验,试验品竟装满了几抽屉。

终于,凭借着不服输的倔强,梅刚华成功研制开槽管微波腔,奠定了铷钟高稳定度和小型化技术基础。国内权威专家认为该技术是我国科技工作者在原子钟方面作出的“不可多得的创新性贡献”。

攻克第一道难关后,梅刚华又把目标锁定在铷光谱灯上,这是铷钟的另一个核心部件。普通的谱灯光强起伏大,铷样品消耗快,且无法在卫星的真空环境下工作。梅刚华带领团队通过无数次试验,发明了一种新型光谱灯,能够在真空条件下长期稳定工作,克服了限制铷钟寿命和卫星环境适应性的主要障碍。

2018年11月19日,在西昌卫星发射中心以“一箭双星”方式成功发射的我国北斗三号系统第十八、第十九颗组网卫星,首次装载了精密测量院研制的甚高精度星载铷原子钟。这是梅刚华团队为北斗研制的第三代铷钟,性能指标超越GPS系统的同类技术,居国际领先水平,可为北斗系统提供分米级定位能力。

回顾那段自力更生的岁月,梅刚华感叹:“一味地跟从,最多跟别人做得一样好;要超越别人,就必须创新。什么东西难你就得干什么,越是觉得那个东西关键,你就越是要去攻克。”

今年6月24日,2023年度国家科学技术奖在京揭晓,梅刚华团队完成的“北斗三号卫星导航系统星载铷原子钟技术实现与应用”项目荣获2023年度国家科学技术进步奖二等奖。这是梅刚华团队继2015年获得国家技术发明二等奖之后,再次获得国家科技奖表彰。

【责任编辑:刘建维】

Copyright © 2001-2024 湖北荆楚网络科技股份有限公司 All Rights Reserved

营业执照增值电信业务许可证互联网出版机构网络视听节目许可证广播电视节目许可证

关于我们 - 版权声明 - 合作咨询

版权为 荆楚网 www.cnhubei.com 所有 未经同意不得复制或镜像