本報(bào)記者 張梅文/圖

　　6月23日9時(shí)43分，北斗三號(hào)系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，提前半年完成北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署目標(biāo)。北斗系統(tǒng)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國家重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。

　　北斗系統(tǒng)的授時(shí)、定位、導(dǎo)航功能，基本原理是時(shí)間測量。作為我國唯一專門從事時(shí)間頻率科學(xué)和技術(shù)科研的機(jī)構(gòu)，位于臨潼的國家授時(shí)中心為北斗全球系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展作出了諸多貢獻(xiàn)。

　　那么，北斗系統(tǒng)是如何授時(shí)、定位的，北斗系統(tǒng)與我們的生活有什么關(guān)系？6月24日，記者走進(jìn)國家授時(shí)中心，采訪了相關(guān)科研人員。

　　北京時(shí)間的產(chǎn)生

　　還是從我們熟悉的北京時(shí)間說起。

　　眾所周知，北京時(shí)間并非來自北京，而是來自內(nèi)陸腹地的陜西。

　　國家授時(shí)中心是我國唯一專門從事時(shí)間頻率科學(xué)和技術(shù)科研的機(jī)構(gòu)。由它運(yùn)行維護(hù)的長短波授時(shí)系統(tǒng)，承擔(dān)著我國高精度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)。

　　國家授時(shí)中心副主任盧曉春介紹，北京時(shí)間是我國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，它采用了地球東八區(qū)的區(qū)時(shí)，比國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間早8個(gè)小時(shí)。國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間稱為協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC），是一種世界時(shí)和原子時(shí)折中后的計(jì)時(shí)體系。

　　世界時(shí)是以地球自轉(zhuǎn)周期為基礎(chǔ)確定的時(shí)間尺度，1秒是地球自轉(zhuǎn)周期的1/86400。原子時(shí)是以物質(zhì)的原子內(nèi)部發(fā)射的電磁振蕩頻率為基準(zhǔn)的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。原子時(shí)精度比世界時(shí)高上千倍甚至上萬倍。但是，由于地球自轉(zhuǎn)是不穩(wěn)定的，根據(jù)地球自轉(zhuǎn)制定的世界時(shí)就會(huì)有誤差。“按照現(xiàn)在的速度，5000年差1個(gè)小時(shí)，3萬年后零點(diǎn)就可能出現(xiàn)太陽升起的現(xiàn)象。因此，科學(xué)家創(chuàng)造出了一種兼顧這兩種時(shí)間特性的時(shí)間尺度——協(xié)調(diào)世界時(shí)。協(xié)調(diào)世界時(shí)是全球統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，大家的時(shí)間都要與協(xié)調(diào)世界時(shí)對(duì)準(zhǔn)?！眹沂跁r(shí)中心劉婭博士介紹。

　　協(xié)調(diào)世界時(shí)由設(shè)在法國巴黎的國際權(quán)度局（BIPM）產(chǎn)生。每個(gè)月的1日，國際權(quán)度局開始收集上個(gè)月全世界的原子鐘數(shù)據(jù)，對(duì)全世界的原子鐘進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出國際原子時(shí)，加上閏秒，調(diào)整以后就得到上個(gè)月全球的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。協(xié)調(diào)世界時(shí)一般在當(dāng)月15日左右發(fā)布，只是一個(gè)紙面的時(shí)間，只能解決事后對(duì)表的問題，不能直接使用。

　　為了解決實(shí)際應(yīng)用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的需要，每個(gè)國家都指定守時(shí)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生協(xié)調(diào)世界時(shí)的物理實(shí)現(xiàn)。我國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間便是由國家授時(shí)中心產(chǎn)生和保持的。

　　在國家授時(shí)中心的時(shí)頻基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，12臺(tái)顯示屏上分別顯示著“北京時(shí)間”“協(xié)調(diào)世界時(shí)”“國際原子時(shí)”，這些原子鐘是利用測量原子振蕩頻率來計(jì)時(shí)，目前授時(shí)的銫原子鐘，精度可以達(dá)到每100萬年誤差1秒。國家授時(shí)中心擁有國內(nèi)第一、世界第四規(guī)模的守時(shí)原子鐘組，負(fù)責(zé)確定和保持我國原子時(shí)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)調(diào)世界時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　這里是北京時(shí)間的源頭，小到手表，大到衛(wèi)星，它們的時(shí)間都來自于此。

　　精準(zhǔn)支撐北斗系統(tǒng)

　　時(shí)間產(chǎn)生出來后，根據(jù)用戶的需求不同，有不同的授時(shí)方式。如果需要毫秒量級(jí)的時(shí)間，可以短波授時(shí)；如果需要微秒量級(jí)的時(shí)間，可以長波授時(shí)。“隨著科技的不斷發(fā)展，高精度時(shí)間的需求越來越廣泛，需要十納秒（十億分之一秒）量級(jí)的時(shí)間，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以滿足。”盧曉春介紹。

　　授時(shí)所用的長波和短波都是無線電波。短波的波長在10米到100米之間，長波波長在1000米到2000米之間，兩者都以地波和天波的方式傳播。地波指發(fā)射天線輻射出去后沿地表傳播的電波。而天波則是發(fā)射天線發(fā)出后在高空被電離層反射后到達(dá)接收點(diǎn)的電波。

　　我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行以后，長短波授時(shí)系統(tǒng)又有了新的拓展。據(jù)國家授時(shí)中心科技處副處長任曉乾介紹，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)雖然是一種導(dǎo)航定位系統(tǒng)，但導(dǎo)航定位的基本原理卻是時(shí)間測量。因此，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)需要有一套準(zhǔn)確可靠的時(shí)間頻率系統(tǒng)，也具有授時(shí)功能，它的授時(shí)精度在十納秒量級(jí)。

　　國家授時(shí)中心依托國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的優(yōu)勢，圍繞北斗系統(tǒng)的工程建設(shè)和穩(wěn)定運(yùn)行，在北斗系統(tǒng)中承擔(dān)了信號(hào)、軌道、時(shí)間測試評(píng)估和新技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證、系統(tǒng)時(shí)間溯源、時(shí)間頻率體系及原子鐘研制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)任務(wù)，為北斗系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行和發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

　　2015年，國家授時(shí)中心建成了我國第一套全面的、實(shí)時(shí)連續(xù)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)差監(jiān)測和授時(shí)性能評(píng)估系統(tǒng)，全面開展全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間監(jiān)測和服務(wù)性能評(píng)估工作，有力支撐了北斗系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行。

　　國家授時(shí)中心還長期負(fù)責(zé)北斗衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測工作，自主研發(fā)建成了全球首個(gè)以40米天線為核心的北斗空間信號(hào)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)，評(píng)估結(jié)果已成為北斗衛(wèi)星入網(wǎng)與在軌故障診斷的重要判據(jù)和分析依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)北斗三號(hào)試驗(yàn)星和組網(wǎng)星信號(hào)的第三方國內(nèi)權(quán)威監(jiān)測與評(píng)估。

　　與此同時(shí)，國家授時(shí)中心建成了“北斗一帶一路高精度位置與時(shí)間服務(wù)中心”，將北斗定位精度從米級(jí)提高到厘米級(jí)，即將形成便于推廣的分布式示范裝置。目前，這些成果已經(jīng)應(yīng)用在地面觀測網(wǎng)時(shí)間同步、甘肅地震滑坡監(jiān)測等領(lǐng)域，填補(bǔ)了我國在高精度定位和超高精度定時(shí)方面的應(yīng)用空白。

　　走近我們的高精度時(shí)間

　　一個(gè)國家的精準(zhǔn)時(shí)間，與國計(jì)民生、科研工作息息相關(guān)，因此獨(dú)立精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)能力和穩(wěn)定可靠的授時(shí)能力，意義重大。

　　高精度的時(shí)間不僅在通信、證券、航空、國防等領(lǐng)域具有重要意義，作為最基本的物理量，對(duì)提升國家科研水平也有著基礎(chǔ)性作用?！皶r(shí)間的毫厘之差，會(huì)帶來距離的千里之謬。比如飛船對(duì)接，一旦測控系統(tǒng)時(shí)間差百萬分之一秒，就會(huì)出現(xiàn)300米的距離偏差?！北R曉春說。

　　時(shí)間科學(xué)作為諸多科學(xué)研究的基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)中，大量發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電需要保持高度時(shí)間同步，并網(wǎng)主要設(shè)備的時(shí)間要同步到微秒量級(jí)。同時(shí)，時(shí)間也可以充當(dāng)輸電線上的偵察兵?！氨热?，高壓輸電線不幸被雷擊中，高精度時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的快速定位。”時(shí)間科普館工作人員介紹。

　　5G通信也需要高精度時(shí)間來保駕護(hù)航。沒有時(shí)間同步就無法實(shí)現(xiàn)通信，5G基站有著非常高的時(shí)間同步要求，精度要達(dá)到十幾個(gè)納秒。

　　北斗系統(tǒng)是混合型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，將為我們提供高精度時(shí)間的保障?！氨倍废到y(tǒng)將會(huì)在電力、通信、交通、鐵路，還有我們的智慧城市、農(nóng)業(yè)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈方面得到廣泛應(yīng)用?！眲I說。

　　為進(jìn)一步提高我國授時(shí)系統(tǒng)的安全性、可靠性和授時(shí)精度，2019年，“十三五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目——高精度地基授時(shí)系統(tǒng)在西安啟動(dòng)建設(shè)，計(jì)劃2023年建成。

　　“該項(xiàng)目是陜西省‘十三五’期間唯一牽頭建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，建成后西安將成為我國時(shí)間頻率科學(xué)研究、創(chuàng)新、發(fā)展的中心，為數(shù)字信息化發(fā)展提供重要支撐?！比螘郧榻B。

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