我們的“中國心”讓北斗這張國家名片更加閃耀

——記國家科技獎進(jìn)步特等獎獲得者航天科工二院203所北斗銣原子鐘團(tuán)隊

　　近期，北斗二號衛(wèi)星工程榮獲2016年國家科技進(jìn)步特等獎，中國航天科工二院203所作為北斗二號衛(wèi)星工程核心載荷產(chǎn)品星載原子鐘的配套單位，成為本次國家科技進(jìn)步獎特等獎獲獎單位之一。

　　203所北斗銣原子鐘團(tuán)隊用15年的堅守與執(zhí)著，在科技前沿取得了重大突破。這個團(tuán)隊為北斗二號衛(wèi)星交付了13個批次26臺自主研制的星載原子鐘，創(chuàng)造了所有批次零故障的運行記錄，實現(xiàn)了衛(wèi)星關(guān)鍵部件的自主可控，達(dá)到國際先進(jìn)水平。標(biāo)志著我國已經(jīng)完全掌握了星載原子鐘的研制技術(shù)，完全擺脫了國外導(dǎo)航原子鐘的束縛，使我國已經(jīng)成為繼美國、俄羅斯之后完全自主建立導(dǎo)航定位系統(tǒng)的國家，扭轉(zhuǎn)了我國核心技術(shù)受制于人的被動局面，實現(xiàn)了從跟跑者到領(lǐng)跑者的轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵核心技術(shù)掌控在手

　　星載原子鐘是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的核心，為衛(wèi)星系統(tǒng)提供高穩(wěn)定的時間頻率基準(zhǔn)信號。其輸出的時間頻率信號的穩(wěn)定性直接決定著定位和導(dǎo)航精度，也決定著在無地面監(jiān)測站進(jìn)行同步校準(zhǔn)情況下，其自主提供高精度時間信號的能力。由于其重要的戰(zhàn)略地位，國外一直對中國實行禁售。

　　 “要搞全球?qū)Ш?，首要條件就是要有原子鐘！可現(xiàn)實卻很殘酷，我們國家在搞北斗之前原子鐘技術(shù)非常薄弱，原子鐘產(chǎn)品全靠進(jìn)口。進(jìn)口鐘不僅價格昂貴，而且關(guān)鍵技術(shù)掌握在外國人手里，將使北斗系統(tǒng)潛伏巨大安全隱患，原子鐘產(chǎn)品只有自己干一條路可走！作為北斗二代導(dǎo)航衛(wèi)星高精度星載銣原子鐘負(fù)責(zé)人李春景介紹道。

打破國外限制的爭氣工程

　　星載銣原子鐘是北斗二代導(dǎo)航衛(wèi)星研制難度最大的產(chǎn)品之一，原子鐘的工作原理涉及量子力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)以及光學(xué)等學(xué)科，指標(biāo)要求相當(dāng)苛刻，在航天系統(tǒng)中屬于研制難度最大的產(chǎn)品之一。作為關(guān)鍵技術(shù)的“含金量”很高，也是研制歷程最坎坷的產(chǎn)品之一，在研制過程中北斗總師、“兩彈一星”功勛孫家棟老總曾多次親臨203所視察銣原子鐘研制情況。他堅定地說“我們自己的導(dǎo)航衛(wèi)星一定要用我們自己研制的原子鐘！”

　　高精度星載銣原子鐘是北斗二代二期的核心部件，關(guān)系到整個衛(wèi)星系統(tǒng)導(dǎo)航定位的精度，銣原子鐘技術(shù)難度非比尋常，要在短時間內(nèi)完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，指標(biāo)要求之高，挑戰(zhàn)異常艱巨，前方的道路困難重重，但這是一項打破國外限制的爭氣工程，再苦再難也要向前沖。203所將北斗銣原子鐘工程作為專項工程，重中之重。為銣原子鐘組配備精兵強(qiáng)將，只要項目組有需求，所里就積極協(xié)調(diào)進(jìn)行配備，全力以赴滿足他們的需求。

像上了發(fā)條的“鐘”一樣連軸轉(zhuǎn)

　　攻關(guān)難度大，挑戰(zhàn)異常艱巨。做銣原子鐘是項非常“熬人”的工作，為了保證24小時不間斷地測試，經(jīng)常是白天調(diào)試，晚上就盯在測試儀器前，觀察數(shù)據(jù)，一測就是一夜時間。在日夜兼程進(jìn)行調(diào)試的階段，大家就像上了發(fā)條的“鐘”一樣連軸轉(zhuǎn)。人的精力是有限的，但拼搏精神可以創(chuàng)造無限。項目負(fù)責(zé)人李春景對自己團(tuán)隊的經(jīng)歷如數(shù)家珍：“頭一次體驗三天三夜不合眼，那種上眼皮如同墜了鉛的感覺記憶猶新。沒想到有了頭一回，還有第二回、第三回，幾次測試節(jié)點和交付節(jié)點前必須完成任務(wù)，發(fā)射進(jìn)度容不得你有半點含糊。就是這種執(zhí)著的精神，打下了攻堅戰(zhàn)，國產(chǎn)銣原子鐘問世，并解決了壽命評估、長期穩(wěn)定度測試等問題。

　　 “為了搞定微波信號溫度系數(shù)、伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性等技術(shù)難題，團(tuán)隊白天黑夜連軸轉(zhuǎn)進(jìn)行實驗、驗證；環(huán)境試驗時，團(tuán)隊成員多班倒，進(jìn)行日夜守護(hù)和記錄數(shù)據(jù)。大家都有過這樣的神奇經(jīng)歷，做夢經(jīng)常會夢到原子鐘聯(lián)調(diào)的情景：如何接線、如何搭電路，甚至示波器上如何顯示，如同真實的工作場景一般。有時，技術(shù)人員一覺醒來，立馬翻身下了在辦公室里的行軍床，趕緊將夢中的情境付諸現(xiàn)實，困擾多日的問題終于解決了。2005年，203所交付了我國首批兩臺星載銣原子鐘工程化初樣鑒定機(jī)，標(biāo)志著我國原子鐘自主化邁出了一大步。

將每個細(xì)節(jié)做到極致

　　在項目攻關(guān)階段，微波穩(wěn)定性一調(diào)就是十幾天，不停的仿真、試驗論證、做溫度試驗，既要保證可靠性，還要保證性能優(yōu)良。銣原子鐘目前的性能指標(biāo)已經(jīng)接近了極限，想再提高一點非常非常困難。測試過程中需要特別精細(xì)，不能容忍任何性能上的缺陷。他們通過計算機(jī)進(jìn)行仿真，再將仿真參數(shù)拿到電路系統(tǒng)上，看調(diào)試結(jié)果與仿真結(jié)果是否能達(dá)到預(yù)期效果，并在溫度變化范圍內(nèi)鑒定穩(wěn)定性，觀察溫度變化與微波功率的變化情況，溫度每變化一度，微波功率發(fā)生變化，最終使微波功率溫度穩(wěn)定性提高，一遍又一遍摸索參數(shù)，進(jìn)行仿真，得到解決。“我們必須把每一個細(xì)節(jié)做到極致，力爭最優(yōu)的性能指標(biāo)。” 為了保障更多的工作時間，兩任項目負(fù)責(zé)人李春景和楊同敏，都是從剛剛?cè)胱〉膶挸髁恋男录?，搬到了單位附近的筒子樓，家人埋怨，他們頂住重重壓力，坦然說道，“住得近方便，反正我經(jīng)常加班，房子夠她們娘倆住得了。”

　　后續(xù)項目負(fù)責(zé)人楊同敏介紹道。我國的星載銣原子鐘在2007年上天服役，中國人終于有了自己的原子鐘！不靠任何人，掐住北斗脖子的手終于被砍掉了！目前，我國自主的星載銣原子鐘不只可以用，還超過了歐洲水平，達(dá)到了世界一流水平。

 以工匠精神精心打造原子鐘

　　“銣原子鐘在宇宙里跟隨衛(wèi)星轉(zhuǎn)動時溫度會變化，會直接影響定位精度，所以要讓鐘對溫度變化的敏感度降低。”“要控溫，研發(fā)人員必須了解鐘的全部特性，摸清它的‘脾氣’。”楊同敏說，“一些情況下，我們必須要設(shè)計高精度的控溫系統(tǒng)，把溫度控制住。這要從溫度敏感組件入手，甚至要定位到溫度敏感器件。而頻率穩(wěn)定度表征了原子鐘頻率波動的大小，決定了某一時刻頻率的不確定性，是導(dǎo)航系統(tǒng)定位誤差的決定性因素。

　　銣原子鐘調(diào)試需要技術(shù)人員掌握原子鐘電路和物理部分的性能， 每臺鐘都要從每個參數(shù)開始精細(xì)調(diào)試，尤其是真空環(huán)境下的調(diào)試。原子鐘一旦上天，加電運行就直到它“壽終”，要求必須絕對可靠。原子鐘是當(dāng)之無愧的高科技含量的工藝精品，需要具有工匠精神的工程師精心打造。”李春景如是說。2012年，203所研制的高精度銣原子鐘已達(dá)到了世界一流水平！為組網(wǎng)星密集發(fā)射布網(wǎng)打下堅實基礎(chǔ)。原子鐘的天穩(wěn)度達(dá)到了5×10-14，定位精度10米，測速精度達(dá)到了每秒0.2米，授時精度50納秒。

　　為了提高北斗導(dǎo)航的定位精度，實現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的長期自主運行能力，2015年，203所研制的國內(nèi)首臺星載氫原子中順利交付衛(wèi)星總體，并隨衛(wèi)星成功上天，而且在軌正常運行，這是我國星載原子鐘和導(dǎo)航領(lǐng)域的又一重要里程碑。

　　作為國內(nèi)唯一一家同時研制氫、銣、銫三種傳統(tǒng)原子鐘的單位，203所奮斗的腳步不會停止，將研制更加精準(zhǔn)的原子鐘，向更高科技高峰邁進(jìn)。北斗在高高的太空中遨游，原子鐘人卻很少有時間抬頭去仰望星空，他們在低頭躬身于眼前的美麗原子鐘，讓中國的北斗成為世界上最精最準(zhǔn)最穩(wěn)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。不久的將來，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建立完畢后，每個國人將會切身感受到祖國的強(qiáng)大。