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所北斗銣原子鐘團隊

　　近期，北斗二號衛星工程榮獲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所北斗銣原子鐘團隊用15年的堅守與執著(zhù)，在科技前沿取得了重大突破。這個(gè)團隊為北斗二號衛星交付了13個(gè)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(shí)現了衛星關(guān)鍵部件的自主可控，達到國際先進(jìn)水平。標志著(zhù)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航定位系統的國家，扭轉了我國核心技術(shù)受制于人的被動(dòng)局面，實(shí)現了從跟跑者到領(lǐng)跑者的轉變。

關(guān)鍵核心技術(shù)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(shí)間頻率基準信號。其輸出的時(shí)間頻率信號的穩定性直接決定著(zhù)定位和導航精度，也決定著(zhù)在無(wú)地面監測站進(jìn)行同步校準情況下，其自主提供高精度時(shí)間信號的能力。由于其重要的戰略地位，國外一直對中國實(shí)行禁售。

　　 “要搞全球導航，首要條件就是要有原子鐘！可現實(shí)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(jià)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(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，指標要求相當苛刻，在航天系統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(guò)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(shuō)“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(guān)系到整個(gè)衛星系統導航定位的精度，銣原子鐘技術(shù)難度非比尋常，要在短時(shí)間內完成關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，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(zhuān)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(xié)調進(jìn)行配備，全力以赴滿(mǎn)足他們的需求。

像上了發(fā)條的“鐘”一樣連軸轉

　　攻關(guān)難度大，挑戰異常艱巨。做銣原子鐘是項非常“熬人”的工作，為了保證24小時(shí)不間斷地測試，經(jīng)常是白天調試，晚上就盯在測試儀器前，觀(guān)察數據，一測就是一夜時(shí)間。在日夜兼程進(jìn)行調試的階段，大家就像上了發(fā)條的“鐘”一樣連軸轉。人的精力是有限的，但拼搏精神可以創(chuàng )造無(wú)限。項目負責人李春景對自己團隊的經(jīng)歷如數家珍：“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(jué)記憶猶新。沒(méi)想到有了頭一回，還有第二回、第三回，幾次測試節點(diǎn)和交付節點(diǎn)前必須完成任務(wù)，發(fā)射進(jìn)度容不得你有半點(diǎn)含糊。就是這種執著(zhù)的精神，打下了攻堅戰，國產(chǎn)銣原子鐘問(wèn)世，并解決了壽命評估、長(cháng)期穩定度測試等問(wèn)題。

　　 “為了搞定微波信號溫度系數、伺服系統穩定性等技術(shù)難題，團隊白天黑夜連軸轉進(jìn)行實(shí)驗、驗證；環(huán)境試驗時(shí)，團隊成員多班倒，進(jìn)行日夜守護和記錄數據。大家都有過(guò)這樣的神奇經(jīng)歷，做夢(mèng)經(jīng)常會(huì )夢(mèng)到原子鐘聯(lián)調的情景：如何接線(xiàn)、如何搭電路，甚至示波器上如何顯示，如同真實(shí)的工作場(chǎng)景一般。有時(shí)，技術(shù)人員一覺(jué)醒來(lái)，立馬翻身下了在辦公室里的行軍床，趕緊將夢(mèng)中的情境付諸現實(shí)，困擾多日的問(wèn)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(zhù)我國原子鐘自主化邁出了一大步。

將每個(gè)細節做到極致

　　在項目攻關(guān)階段，微波穩定性一調就是十幾天，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已經(jīng)接近了極限，想再提高一點(diǎn)非常非常困難。測試過(guò)程中需要特別精細，不能容忍任何性能上的缺陷。他們通過(guò)計算機進(jìn)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(guān)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定性提高，一遍又一遍摸索參數，進(jìn)行仿真，得到解決。“我們必須把每一個(gè)細節做到極致，力爭最優(yōu)的性能指標。” 為了保障更多的工作時(shí)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(shuō)道，“住得近方便，反正我經(jīng)常加班，房子夠她們娘倆住得了。”

　　后續項目負責人楊同敏介紹道。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(guò)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(dòng)時(shí)溫度會(huì )變化，會(huì )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(shuō)，“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(dòng)的大小，決定了某一時(shí)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(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(gè)參數開(kāi)始精細調試，尤其是真空環(huán)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(wú)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(shuō)。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(wǎng)星密集發(fā)射布網(wǎng)打下堅實(shí)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(shí)精度50納秒。

　　為了提高北斗導航的定位精度，實(shí)現導航系統的長(cháng)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(lǐng)域的又一重要里程碑。

　　作為國內唯一一家同時(shí)研制氫、銣、銫三種傳統原子鐘的單位，203所奮斗的腳步不會(huì )停止，將研制更加精準的原子鐘，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(shí)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最穩的導航定位系統。不久的將來(lái)，北斗導航系統建立完畢后，每個(gè)國人將會(huì )切身感受到祖國的強大。