2019年07月16日
西安日报> 2019年07月16日 > 版次: <07> 神州聚焦·科教卫时空
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  位于西安市临潼区的国家授时中心。 (资料图片 东方IC供图)

  ■首席记者 杨斌鹄

  最近一部名为《长安十二时辰》的电视剧热映,红遍全国。看过电视剧的观众,相信肯定对电视剧里出现频率很高的唐代计时器和报时系统印象深刻。“时间”在这部电视剧中,主要起着推动故事情节发展的重要作用。可大家也许不知道的是,在今天的西安,生产“时间”已经成为高科技的重要代表,并正在发展成为一项新的重要产业。

  “北京时间”在西安产生、保持

  作为西安人,许多人都知道我国的“北京时间”实际上是由位于临潼的中国科学院国家授时中心播报的。“1966年,国家授时中心始建于渭南蒲城;1980年将时间基准保持工作和研究工作迁至临潼,临潼就成了我国的授时地,当时叫陕西天文台,2001年3月改称中国科学院国家授时中心。这里是我国唯一全面专业从事时间频率科学研究和授时服务的科研机构,担负着国家标准时间的建立、保持和发播任务,同时开展天体测量学、太阳物理、日地关系、天体力学、人造卫星观测与研究,以及授时新手段等科研工作。”在日前一次采访活动中,国家授时中心党委书记窦忠介绍。

  50多年来,国家授时中心在地理测绘、地震监测、航空航天、深空探测、卫星导航等领域,以及电力、通信、金融、交通等行业,特别是为国家星箭发射、航天试验提供了准确可靠的时间频率信号,保障了一系列重大任务的顺利完成,为国家经济发展、国防建设和国家安全诸多领域,提供了可靠的高精度授时服务,多次受到国务院和国家有关部门嘉奖。

  我国幅员辽阔,从西到东横跨东五、东六、东七、东八、东九五个时区;新中国成立后,全国统一采用首都北京所在东八区的区时作为标准时间,称为北京时间。尽管北京时间是采用北京所在的时区的时间,但实际上是由位于西安市临潼区的中国科学院国家授时中心产生、保持的。

  据介绍,我国的守时水平已经达到世界先进水平。2013年,国际时间局在日内瓦国际会议上发布的研究结果表明,北京时间的准确度仅次于美国和俄罗斯,位居世界第三。2013年以来,北京时间与国际标准时间之间的误差保持在10纳秒以内;能达到如此准确度的国家,全球不足5个。据悉,中科院国家授时中心时间频率基准重点实验室已成长为对国际原子时计算权重贡献位居国际前列、性能国际先进的全球最重要的时间实验室之一。

  西安航天硬科技打造导航“中国心”

  在农业社会,人们对时间的精度要求并不高,但随着科技的发展,如今高精度时间已经成为一个国家科技、经济、军事和社会生活中至关重要的参量,广泛应用于导航、电力、通信、航空、国防等领域。“卫星导航系统虽然是一种导航定位系统,但导航定位的基本原理却是时间测量。百万分之一秒的时间测量误差,就会导致定位误差300米。”为了说明时间精度的重要性,国家授时中心昊平观测站站长方福胜举了一个例子。

  铷钟作为导航卫星的频率基准,直接决定着导航卫星定位、测距、授时的准确性,是整个导航卫星的心脏,更是打造中国时空基准的核心之一。位于我市航天基地的航天五院西安分院,是北斗导航卫星铷钟的诞生地、技术成熟地。在北斗导航卫星铷钟的研制历程中,西安分院以强有力的技术为支撑,为北斗导航卫星装上了强劲的“中国心”。

  记者了解到,早在“九五”期间,从导航卫星应用需求的层面来考虑,国家就将研制属于自己的导航卫星铷钟列入目标和计划。经过两年的攻关,实现了国内导航卫星铷钟原理样机研制“零”的突破,为导航卫星铷钟的工程化应用打下了牢固的技术基础。

  2003年,北斗二号卫星型号正式立项。西安分院的设计师首先着眼于铷钟的工程化应用问题。他们在原理样机的基础上,不断完善热控设计并改进电路设计,同时进行了相应的电磁兼容和力学试验,铷钟的成熟性和稳定性得到进一步完善。2006年9月9日,对西安分院的铷钟团队是个有特殊意义的节日,他们又开创了一项中国人的“第一”——搭载于育种卫星上的铷钟成功开机,铷钟在失重条件下正常工作,我国第一台自主研发的星载铷钟在轨运行正常,标志着我国具备了独立自主进行星上铷钟研发的能力。

  2007年4月14日,北斗二号卫星飞行试验星成功发射。卫星搭载了由西安分院抓总,北京大学、510所两家单位联合研制的两台铷钟,并作为主钟使用,且在轨表现良好。2017年11月15日,北斗三号首发双星成功发射,西安分院为北斗三号卫星抓总研制的铷钟,在稳定度指标方面较北斗二号区域导航系统提高了10倍,达到世界先进水平。

  铷钟的技术进步,直接推动了我国新建设的全球导航系统定位精度由之前区域系统的10米跨越到后续全球系统米级分辨率,测速和授时精度同步提高一个量级,为建立中国时空基准、推动北斗导航系统更广泛的社会应用打下了坚实基础。截至2018年年底,西安分院为我国北斗二号、北斗三号导航系统累计提供国产化星载铷钟69台,有力地支撑了北斗系统工程的建设与发展。

  西安将成为国家时间频率技术研发和产业发展重要基地

  近日,由中国科学院国家授时中心研究员张首刚主持的“新一代时间频率系统”项目,通过了国家自然科学基金委员会信息科学部组织的结题验收。据介绍,“新一代时间频率系统”项目自2012年立项以来,项目组面向国家重大基础研究和工程应用需求,针对高精度时间频率仪器设备的迫切需求,就信号产生、传递和测量进行了系统深入的理论与方法研究,突破了一系列关键技术,成功研制了铯原子喷泉钟装置、锶原子光钟装置、光纤时间频率传递设备、时间频率测量设备等主要设备,有机构成了新一代时间频率系统。基于项目成果,项目组陆续申请承担了空间站“高精度时间频率实验系统”和“十三五”国家重大科技基础设施“高精度地基授时系统”研制任务。

  “高精度地基授时系统” 是陕西省“十三五”期间唯一负责建设的国家重大科技基础设施项目。该项目旨在提高我国授时系统的安全性、可靠性和授时精度,对科学研究和基础产业发展具有重要意义。项目核心部分将在西安市建设,包括国家时间基准(北京时间)的产生和保持系统、地基授时总体监测控制系统、授时差分控制及信息处理平台、时频大数据科学研究平台、多学科交叉融合基础研究与学术交流平台、国家时间频率体系控制中心、空间时间频率技术研发平台等。

  如今,高精度时间已经与我们的生活关系越来越密切。比如,在交通领域高精度时间频率同步成为智能交通网建设的关键问题,时间测量精度提高一倍,相等的空间可以容纳更多的飞机,能大幅度地减少飞机航道的拥堵现象。高精度时间在电力系统中也有着广泛应用,大量发电机并网发电就需要保持高度时间同步,并网主要设备的时间要同步到微秒量级。5G通讯也需要高精度时间来保驾护航,没有时间同步就无法实现通讯,5G基站有着非常高的时间同步要求,精度要达到十几个纳秒。未来,航天事业的发展,更是离不开高精度的时间。

  “高精度地基授时系统” 建成以后,将奠定西安成为国家时间频率技术研发和产业发展的重要基地的地位。对西安当地政务、商务、金融、证券行业的发展,对智慧城市、智能家居、室内定位、无人驾驶等技术和产业将带来革命性变革,有力推动“数字化西安”建设,特别是对于助推西安市建设综合性国家科学中心具有重要意义。

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