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 實習生 胡曉晗 林柱斌

“目前，世界上最準確的計時工具是原子鐘！”4月25日，在中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院（簡稱“精密測量院”），著名原子鐘專家、研究員梅剛華向記者介紹。

此刻，他的面前擺著一個金色盒子，普通鞋盒大小，頂部有幾個電連接器插口……乍一看，很難讓人與“鐘”等計時器關聯起來。

這個盒子正是甚高精度星載銣原子鐘，每天計時誤差不超過百億分之三秒的“時間魔盒”，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的“心臟”。

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

精密測量院是我國最早開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(wèi)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(tǒng)第十八顆、第十九顆組網衛(wèi)星。這是北斗導航系統(tǒng)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(tǒng)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，看著依次排列的10余種原子鐘樣機，答案已見分曉。

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(wèi)星內部空間寸土寸金?！泵穭側A說，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)展趨勢是體積越來越小、性能越來越好，銣原子鐘能同時兼顧上述兩個要求。

如今，星載原子鐘是北斗“心臟”；曾經，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。當時，星載原子鐘技術僅為美國等少數國家掌握，在我國屬于技術空白。面對歐美的技術封鎖，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，越是難就越關鍵，你就越是要去攻克?！?/p>

從“空白”到領跑，梅剛華團隊用了20多年。他回憶，當時，我國原子鐘的精度跟西方發(fā)達國家相差兩個數量級，將近100倍?，F在，甚高精度銣鐘計時精度已經超過代表國外最高水平的GPS系統(tǒng)新一代銣鐘，在國際上處于領先地位。

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