“中國心”：讓北斗這張國家名片更加閃耀

吳巍

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

203所北斗銣原子鐘團隊用15年的堅守與執著，在科技前沿取得了重大突破。這個團隊為北斗二號衛星交付了13個批次26臺自主研制的星載原子鐘，創造了所有批次零故障的運行記錄，實現了衛星關鍵部件的自主可控，達到國際先進水平。標志著我國已經完全掌握了星載原子鐘的研制技術，完全擺脫了國外導航原子鐘的束縛，使我國已經成為繼美國、俄羅斯之后完全自主建立導航定位系統的國家，扭轉了我國核心技術受制于人的被動局面，實現了從跟跑者到領跑者的轉變。

核心技術掌控在手

星載原子鐘是衛星導航定位系統的核心，為衛星系統提供高穩定的時間頻率基準信號。其輸出的時間頻率信號的穩定性直接決定定位和導航精度，決定著在無地面監測站進行同步校準情況下，其自主提供高精度時間信號的能力。由于其重要的戰略地位，國外一直對中國實行禁售。

“要搞全球導航，首要條件就是要有原子鐘！可現實卻很殘酷，我國在搞北斗之前原子鐘技術非常薄弱，原子鐘產品全靠進口。進口鐘不僅價格昂貴，而且關鍵技術掌握在外國人手里。將使北斗系統潛伏巨大安全隱患，原子鐘產品只有自己干一條路可走！”作為北斗二代導航衛星高精度星載銣原子鐘負責人李春景介紹道。

打破國外限制的爭氣工程

星載銣原子鐘是北斗二代導航衛星研制難度最大的產品之一，原子鐘的工作原理涉及量子力學、電學、熱學以及光學等學科，指標要求相當苛刻，在航天系統中屬于研制難度最大的產品之一。作為關鍵技術的“含金量”很高，也是研制歷程最坎坷的產品之一，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“我們自己的導航衛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，關系到整個衛星系統導航定位的精度，銣原子鐘技術難度非比尋常，要在短時間內完成關鍵技術攻關，指標要求之高，挑戰異常艱巨，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將，只要項目組有需求，所里就積極協調進行配備，全力以赴滿足他們的需求。

像上了發條的“鐘”一樣

攻關難度大，挑戰異常艱巨。做銣原子鐘是項非?！鞍救恕钡墓ぷ?，為了保證24小時不間斷測試，經常是白天調試，晚上就盯在測試儀器前，觀察數據，一測就是一夜時間。在日夜兼程進行調試的階段，大家就像上了發條的“鐘”一樣連軸轉。人的精力是有限的，但拼搏精神可以創造無限。項目負責人李春景如數家珍：“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，幾次測試節點和交付節點前必須完成任務，發射進度容不得你有半點含糊。就是這種執著的精神，打下了攻堅戰，國產銣原子鐘問世，并解決了壽命評估、長期穩定度測試等問題。

“為了搞定微波信號溫度系數、伺服系統穩定性等技術難題，團隊白天黑夜連軸轉進行實驗、驗證；環境試驗時，團隊成員多班倒，進行日夜守護和記錄數據。大家都有過這樣的神奇經歷，做夢經常會夢到原子鐘聯調的情景如何接線、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，標志著我國原子鐘自主化邁出了一大步。

每個細節做到極致

在項目攻關階段，微波穩定性一調就是十幾天，不停地仿真、試驗論證、做溫度試驗，既要保證可靠性，還要保證性能優良。銣原子鐘目前的性能指標已經接近了極限，想再提高一點非常困難。測試過程中需要特別精細，不能容忍任何性能上的缺陷。他們通過計算機進行仿真，再將仿真參數拿到電路系統上，看調試結果與仿真結果是否能達到預期效果，并在溫度變化范圍內鑒定穩定性，觀察溫度變化與微波功率的變化情況，溫度每變化一度，微波功率發生變化，最終使微波功率溫度穩定性提高，一遍遍摸索參數，進行仿真，得到解決?！拔覀儽仨毎衙恳粋€細節做到極致，力爭最優的性能指標?！睘榱吮Ｕ细嗟墓ぷ鲿r間，兩任項目負責人李春景和楊同敏，都是從剛剛入住的寬敞明亮的新家，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，反正我經常加班，房子夠她們娘倆住得了?！?/p>

我國的星載銣原子鐘終于在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星轉動時溫度會變化，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?！薄耙販?，研發人員必須了解鐘的全部特性，摸清它的‘脾氣?！睏钔粽f，“一些情況下，我們必須要設計高精度的控溫系統，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，是導航系統定位誤差的決定性因素。

銣原子鐘調試需要技術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開始精細調試，尤其是真空環境下的調試。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?！崩畲壕叭缡钦f。2012年，203所研制的高精度銣原子鐘已達到了世界一流水平！為組網星密集發射布網打下堅實基礎。原子鐘的天穩度達到了5×10-14，定位精度10米，測速精度達到了每秒0.2米，授時精度50納秒。

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

作為國內唯一一家同時研制氫、銣、銫三種傳統原子鐘的單位，203所奮斗的腳步不會停止，將研制更加精準的原子鐘，向更高科技高峰邁進。北斗在高高的太空中遨游，原子鐘人卻很少有時問抬頭去仰望星空，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最穩的導航定位系統。不久的將來，北斗導航系統建立完畢后，每個國人將會切身感受到祖國的強大。endprint