來(lái)源：湖北日?qǐng)?bào)
原標(biāo)題：湖北團(tuán)隊(duì)奮斗近30年，讓中國(guó)衛(wèi)星跳動(dòng)“中國(guó)心率” 45個(gè)“湖北造”銣原子鐘服役北斗三號(hào)

編者按
今年是新中國(guó)成立75周年。75年來(lái)，中國(guó)從積貧積弱邁向繁榮富強(qiáng)，創(chuàng)造了人類發(fā)展史上的偉大奇跡。75年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)影響力持續(xù)提升，成功邁進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)的新階段。湖北立足雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，以科技創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，一批“中國(guó)芯”帶動(dòng)中國(guó)制造由大變強(qiáng)，服務(wù)中國(guó)式現(xiàn)代化建設(shè)。
即日起，湖北日?qǐng)?bào)開設(shè)“奮進(jìn)強(qiáng)國(guó)路 澎湃中國(guó)芯”專欄，展現(xiàn)湖北人民推進(jìn)科技自立自強(qiáng)的拼搏作為，見證中國(guó)式現(xiàn)代化偉大成果。
“日常使用的時(shí)鐘如果每天快慢幾秒，計(jì)時(shí)精度就算很高了。但是一臺(tái)銣原子鐘，每天的計(jì)時(shí)誤差可能只有百億分之幾秒?！?月10日上午，在位于武漢的中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱“精密測(cè)量院”），著名原子鐘專家梅剛?cè)A研究員這樣形容原子鐘的精度。
他的面前，是一個(gè)鞋盒大小的金色盒子。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”。
為讓這顆北斗“心臟”跳出“中國(guó)心率”，梅剛?cè)A和團(tuán)隊(duì)奮斗了近30年。“現(xiàn)在的北斗三號(hào)衛(wèi)星上，裝備了45個(gè)我們的銣原子鐘！”梅剛?cè)A的自豪之情溢于言表。


梅剛?cè)A在原子鐘整機(jī)調(diào)試間工作。 


歐美技術(shù)封鎖，倒逼湖北科學(xué)家自主研發(fā)


“做不出原子鐘，北斗系統(tǒng)就建不成?！北倍饭こ炭傇O(shè)計(jì)師孫家棟院士曾這樣界定原子鐘的關(guān)鍵作用。


原子鐘是基于量子物理學(xué)的基本原理——原子由原子核和電子組成，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)。


梅剛?cè)A說(shuō)，日常生活中，大家或許感受不到原子鐘的存在，然而正是依靠原子鐘的計(jì)時(shí)精度，讓人類每一場(chǎng)競(jìng)賽、每一次衛(wèi)星發(fā)射，乃至金融市場(chǎng)的每一筆交易，都能在時(shí)間的洪流中找到自己的精準(zhǔn)坐標(biāo)。


星載原子鐘是北斗的“心臟”，卻一度是北斗人的“心病”。


1985年，梅剛?cè)A從武漢大學(xué)碩士畢業(yè)，分配到中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所（簡(jiǎn)稱“武漢物數(shù)所”，精密測(cè)量院前身）。武漢物數(shù)所是我國(guó)最早開展原子鐘研究的單位，也是梅剛?cè)A“夢(mèng)開始的地方”。


梅剛?cè)A早期從事了10年的原子物理基礎(chǔ)研究。他由此獲得博士學(xué)位，也練就了扎實(shí)的原子鐘技術(shù)研究基本功。


20世紀(jì)90年代，我國(guó)制定了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。能否實(shí)現(xiàn)原子鐘技術(shù)突破，關(guān)系到北斗系統(tǒng)建設(shè)的成敗。當(dāng)時(shí)，星載原子鐘技術(shù)僅為少數(shù)西方國(guó)家所掌握，在我國(guó)屬于技術(shù)空白。星載原子鐘機(jī)理復(fù)雜、技術(shù)難度極大，要實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有的突破，難度可想而知。


1997年，梅剛?cè)A團(tuán)隊(duì)接下研制北斗星載銣原子鐘的任務(wù)。此時(shí)，歐美國(guó)家已經(jīng)先行了近30年。


“剛開始的時(shí)候，我們銣鐘的精度跟西方發(fā)達(dá)國(guó)家比差了將近100倍。在可靠性、壽命、衛(wèi)星環(huán)境適應(yīng)性方面，更是連設(shè)計(jì)概念都沒(méi)有，差不多是一片空白?！泵鎸?duì)歐美的技術(shù)封鎖，梅剛?cè)A明白，只能走自主研發(fā)這一條路。


越是關(guān)鍵，就越要去攻克


從核心部件突破！


微波腔是銣原子鐘的核心部件。在深入研究現(xiàn)有技術(shù)局限性的基礎(chǔ)上，他創(chuàng)新性地提出，利用一個(gè)開槽管結(jié)構(gòu)，可能大大改善微波腔的性能。但是，在一個(gè)膠卷大小的開槽管上開幾個(gè)槽，槽的寬度是多少，長(zhǎng)度是多少，當(dāng)時(shí)沒(méi)有計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，他只能憑經(jīng)驗(yàn)一點(diǎn)點(diǎn)嘗試，一個(gè)個(gè)參數(shù)摸索。歷經(jīng)無(wú)數(shù)日夜、反復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)品竟裝滿了幾抽屜。


終于，憑借著不服輸?shù)木髲?qiáng)，梅剛?cè)A成功研制開槽管微波腔，奠定了銣鐘高穩(wěn)定度和小型化技術(shù)基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)權(quán)威專家認(rèn)為該技術(shù)是我國(guó)科技工作者在原子鐘方面作出的“不可多得的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)”。


攻克第一道難關(guān)后，梅剛?cè)A又把目標(biāo)鎖定在銣光譜燈上，這是銣鐘的另一個(gè)核心部件。普通的譜燈光強(qiáng)起伏大，銣樣品消耗快，且無(wú)法在衛(wèi)星的真空環(huán)境下工作。梅剛?cè)A帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)通過(guò)無(wú)數(shù)次試驗(yàn)，發(fā)明了一種新型光譜燈，能夠在真空條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，克服了限制銣鐘壽命和衛(wèi)星環(huán)境適應(yīng)性的主要障礙。


2018年11月19日，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心以“一箭雙星”方式成功發(fā)射的我國(guó)北斗三號(hào)系統(tǒng)第十八、第十九顆組網(wǎng)衛(wèi)星，首次裝載了精密測(cè)量院研制的甚高精度星載銣原子鐘。這是梅剛?cè)A團(tuán)隊(duì)為北斗研制的第三代銣鐘，性能指標(biāo)超越GPS系統(tǒng)的同類技術(shù)，居國(guó)際領(lǐng)先水平，可為北斗系統(tǒng)提供分米級(jí)定位能力。


回顧那段自力更生的歲月，梅剛?cè)A感嘆：“一味地跟從，最多跟別人做得一樣好；要超越別人，就必須創(chuàng)新。什么東西難你就得干什么，越是覺(jué)得那個(gè)東西關(guān)鍵，你就越是要去攻克?！?br />

今年6月24日，2023年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)在京揭曉，梅剛?cè)A團(tuán)隊(duì)完成的“北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星載銣原子鐘技術(shù)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2023年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。這是梅剛?cè)A團(tuán)隊(duì)繼2015年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)之后，再次獲得國(guó)家科技獎(jiǎng)表彰。（湖北日?qǐng)?bào)全媒記者 肖麗瓊）