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中國航天科工北斗原子鐘攻關歷程記
[ 發布時間:2020-09-10 ]   [ 信息來源: 中國航天科工二院 ]  [ 字號: ]

  北斗閃耀,澤沐八方。2020年6月23日,我國在西昌衛星發射中心成功發射第55顆北斗導航衛星,標志著我國建成了獨立自主、開放兼容的全球衛星導航系統。衛星裝載有中國航天科工二院203所研制的氫原子鐘,該原子鐘的優良性能進一步增強了北斗衛星導航系統的定位精度和自主運行能力。


  ‘習近平總書記在北斗三號全球衛星導航系統建成暨開通儀式上指出:“26年來,參與北斗系統研制建設的全體人員迎難而上、敢打硬仗、接續奮斗,發揚‘兩彈一星’精神,培育了新時代北斗精神。”203所原子鐘研制團隊就是這樣一支踐行新時代北斗精神的團隊,四十多年來,他們接續奮斗,砥礪奮進,先后攻克多項關鍵技術,創造了在軌原子鐘100%穩定運行的傲人成績,走出一條自主創新的發展道路。


  起步,實現零的突破


  原子鐘為衛星導航系統提供高穩定的時間頻率基準信號,被譽為衛星導航系統的“心臟”,決定著導航系統的導航定位、測速及授時精度。原子鐘的工作原理涉及量子物理、電學、機械和熱力學等多個學科,各項技術指標要求相當嚴苛。我國原子鐘技術基礎非常薄弱,星載原子鐘產品曾完全依賴進口。在北斗二代導航系統中,原子鐘屬于研制難度最大的產品之一,被譽為“可歌可泣”的產品。


  203所從二十世紀80年代就開始進行原子鐘技術探索研究,是國內“老牌”的原子頻標研制單位。老一代原子鐘人艱苦奮斗,無私奉獻,與國內高校、科研單位合作開展原子頻標課題研究工作,掌握了研制原子頻標的多項關鍵技術,鍛煉培養出一支技術精湛、作風嚴謹的科研隊伍,多項課題獲部級科技進步獎。“外國人能做到的,我們也一定能做到”,正是這個信念支撐著科研團隊在自主研發的道路上一路披荊斬棘。


  進入新世紀,我國導航衛星有八大關鍵技術亟需突破,星載原子鐘技術就是其中之一。在前輩的“傳幫帶”下,一批剛剛踏出校門的大學生投身航天事業,投身于星載原子鐘的研制工作中。


  當時國內有幾家單位同步開展星載原子鐘研制工作,銣鐘團隊的老郭回憶:“各家都憋著一股勁,生怕掉隊,我們也下定決心,一定要把203所的鐘做到最好。”


  做鐘要靜得下心,耐得住寂寞。調試原子鐘需要耗費大量時間,僅調試日穩定度這一項,“每調一改錐”就要等上15天才能看出效果。


  在階段性測試驗收節點前,團隊核心成員三天三夜沒合眼,反復調整、測試、修改,手里的活兒一直不停。“那種眼皮如同墜鉛的感覺記憶猶新,都不知道當時是怎么撐過來的。”五室王主任感慨。


  經過反復摸索、仿真、驗證、調試,團隊終于研制成功我國第一臺符合要求的星載原子鐘。團隊研制的銣鐘隨我國北斗導航衛星發射升空的那一天是團隊成員永遠銘記的時刻,這是國內自主研制銣鐘的首次搭載發射。“中國人終于有了自己的原子鐘!” 團隊的每一名成員都流下了激動的淚水。


  上星,大塊頭要“瘦身”


  “向國際一流看齊”,研制團隊來不及慶祝勝利,就又踏上了氫原子鐘研制的新征途。


  氫原子鐘具有優良的中短期頻率穩定度,但體積大質量重,要上星,氫鐘必須“瘦身”。203所生產的氫鐘已經在其他行業落地應用,但星載氫鐘相對地面鐘而言,性能指標要求更高,使用的環境也更苛刻,總體設計、產品的可靠性、熱設計、抗輻射、環境適應性、壽命等各方面都要通盤考慮。


  北斗導航系統總師孫家棟院士曾親自到203所指導星載氫鐘驗收。孫老總的到來,使項目團隊備受鼓舞,更感到了無形的壓力。“這是個熬人的工作。”氫原子鐘技術專業李副總師說,他經常和團隊成員連夜調試數據,測試間的幾張行軍床就是給他們準備的,李副總師開玩笑:“當時都不敢生病。”


  “有時在夢里都在聯調”,李副總師回憶,好幾次夢里得解,睡醒后趕緊翻身下床,按照夢中的步驟付諸實踐,還真的奏效。從分階段開展研制工作,到鑒定件實驗,到整鐘重要指標突破,再到正樣研制,經過重重考核,最終,203所實現關鍵技術、工藝自主化,成功實現氫鐘減重。


  2015年9月30日,203所研制的星載氫原子鐘發射升空,實現了203所首臺氫鐘上天。通過近2年的在軌性能驗證,星載氫鐘實現了跨越式發展。


  成功,矢志不渝“中國心”


  在北斗三號系統3顆傾斜地球同步軌道衛星全部發射成功之際,中國衛星導航系統管理辦公室主任冉承其到清華演講,并帶去了203所研制的一臺銣鐘。


  冉主任舉起銣鐘,對臺下的清華學子說:“我們下定決心,從零起步,舉全國之力,矢志攻關,成功實現了原子鐘國產化,精度達到了世界先進水平。”北斗三號系統工程啟動后,203所自主研發了高精度和甚高精度兩代星載銣原子鐘和星載氫原子鐘,完全滿足北斗三號的應用需求。


  “時至今日,經過大量衛星在軌運行狀態的檢驗測試,可以說,國產的原子鐘已經達到國際先進水平。”北斗系統工程副總設計師、北斗三號工程衛星系統總師謝軍曾這樣評價。


  從上世紀開展原子鐘研究,到2020年北斗三號組網成功,無論科研攻關歷程處于順境還是逆境,203所歷任所領導班子對研制工作都給予了鼎力支持;老一代技術專家默默奉獻、甘為人梯,為原子鐘事業打下堅實基礎;前赴后繼的年輕人勇挑重擔,接過前輩手中的火炬,把它燃燒得更加光明燦爛……203所歷經幾代人的傳承,最終實現了中國星、中國“心”的目標。


  “我們干航天就是為了國家榮譽。”王主任總結,同事們都曾經有機會選擇薪資更高的工作,但責任感使他們留下來,所謂干一行就盡職盡責,團隊成員互相鼓勵,共同為航天事業貢獻力量。“203所的原子鐘技術還將應用于低軌互聯網星座、遙感衛星,從北斗產品延伸出新應用,適應更復雜多樣的環境。”王主任介紹。


  在203所,“科技強軍 航天報國”八個熠熠生輝的大字鐫刻在大門的墻壁上,更深深烙印在每個人心中。203所原子鐘團隊用過往四十余載的實際行動,為新時代北斗精神寫下最好的注腳。在這里,他們的事業還在傳承,他們的夢想還在繼續,必將為打造更強的中國“心”發揮更大力量。

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