梅剛華（右）介紹甚高精度星載銣原子鐘。

文/圖 湖北日報全媒記者 肖麗瓊 通訊員 楊婷婷 實(shí)習生 胡曉晗 林柱斌

“目前，世界上最準確的計時(shí)工具是原子鐘！”4月25日，在中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng )新研究院（簡(jiǎn)稱(chēng)“精密測量院”），著(zhù)名原子鐘專(zhuān)家、研究員梅剛華向記者介紹。

此刻，他的面前擺著(zhù)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，每天計時(shí)誤差不超過(guò)百億分之三秒的“時(shí)間魔盒”，北斗衛星導航系統的“心臟”。

據介紹，原子鐘于20世紀50年代出現，基于量子物理學(xué)的基本原理。原子由原子核和繞核運動(dòng)的電子組成，電子在不同的能級之間躍遷時(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)間標準。目前，用作原子鐘工作物質(zhì)的元素有氫（Hydrogen）、銫（Cesium）、銣（Rubidium）等。

精密測量院是我國最早開(kāi)展原子鐘研究的單位，也是國內唯一具備星載銣原子鐘整機設計和研制能力的單位。2018年11月19日，我國在西昌衛星發(fā)射中心以“一箭雙星”方式成功發(fā)射我國北斗三號系統第十八顆、第十九顆組網(wǎng)衛星。這是北斗導航系統首次裝載由精密測量院研制的甚高精度星載銣原子鐘，可為北斗系統提供分米級定位能力。

為何選擇研發(fā)銣原子鐘？在精密測量院展示室，看著(zhù)依次排列的10余種原子鐘樣機，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。“衛星內部空間寸土寸金。”梅剛華說(shuō)，有限的空間、能源條件，對星載原子鐘的重量、體積和能耗等指標提出極高要求。這些因素，決定了星載原子鐘的發(fā)展趨勢是體積越來(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，梅剛華團隊接到研制北斗星載原子鐘的任務(wù)。當時(shí)，星載原子鐘技術(shù)僅為美國等少數國家掌握，在我國屬于技術(shù)空白。面對歐美的技術(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，梅剛華忍不住感嘆“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，梅剛華團隊用了20多年。他回憶，當時(shí)，我國原子鐘的精度跟西方發(fā)達國家相差兩個(gè)數量級，將近100倍。現在，甚高精度銣鐘計時(shí)精度已經(jīng)超過(guò)代表國外最高水平的GPS系統新一代銣鐘，在國際上處于領(lǐng)先地位。

梅剛華表示，現有的星載銣鐘完全可以滿(mǎn)足北斗三號系統定位精度應用需求，但“搞科學(xué)研究，要吃著(zhù)碗里、看著(zhù)鍋里，往后多看幾步。”前不久，他帶領(lǐng)團隊研制出的新型銣鐘，秒級頻率穩定度比甚高精度銣鐘還要高出近1個(gè)數量級，創(chuàng )造了新的世界紀錄，為研制下一代北斗系統星載原子鐘提供了技術(shù)儲備。