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【奋斗写华章】星载原子钟,我的中国“心”——二院203所原子钟攻关历程侧记

澳门大金沙所有网站:2020-09-05    【来源:二院203所】

北斗闪耀,泽沐八方。2020年6月23日,我国在西昌卫星发射中心成功发射第55颗北斗导航卫星,标志着我国建成了独立自主、开放兼容的全球卫星导航系统。卫星装载有航天科工二院203所研制的氢原子钟,该原子钟的优良性能进一步增强了北斗卫星导航系统的定位精度和自主运行能力。

习近平总书记在北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式上指出:“26年来,参与北斗系统研制建设的全体人员迎难而上、敢打硬仗、接续奋斗,发扬‘两弹一星’精神,培育了新时代北斗精神。”203所的原子钟研制团队就是这样一支践行新时代北斗精神的团队,四十余年间,他们接续奋斗,砥砺奋进,先后攻克多项关键技术,创造了在轨原子钟100%稳定运行的傲人成绩,走出了一条自主创新的发展道路。


起步,实现零的突破

原子钟为卫星导航系统提供高稳定的时间频率基准信号,被誉为卫星导航系统的“心脏”,决定着导航系统的导航定位、测速及授时精度。原子钟的工作原理涉及量子物理、电学、机械和热力学等多个学科,各项技术指标要求相当严苛。我国原子钟技术基础非常薄弱,星载原子钟产品曾完全依赖进口。在北斗二代导航系统中,原子钟属于研制难度最大的产品之一,被誉为“可歌可泣”的产品。

203所从20世纪80年代就开始进行原子钟技术探索研究,是国内“老牌”的原子频标研制单位。老一代原子钟人艰苦奋斗,无私奉献,与国内高校、科研单位合作开展原子频标课题研究工作,掌握了研制原子频标的多项关键技术,锻炼培养出一支技术精湛、作风严谨的科研队伍,多项课题获部级科技进步奖。“外国人能做到的,我们也一定能做到”,正是这个信念支撑着科研团队在自主研发的道路上一路披荆斩棘。

进入新世纪,我国导航卫星有八大关键技术亟需突破,星载原子钟技术就是其中之一。在前辈的“传帮带”下,一批刚刚踏出校门的大学生投身航天事业,投身于星载原子钟的研制工作中。

当时国内有几家单位同步开展星载原子钟研制工作,铷钟团队的老郭回忆:“各家都憋着一股劲,生怕掉队,我们也下决心,一定要把203所的钟做到最好。”

做钟要静得下心,耐得住寂寞。调试原子钟需要耗费大量时间,仅调试日稳定度这一项,“每调一改锥”就要等上15天才能看出效果。

在阶段性测试验收节点前,团队核心成员三天三夜没合眼,反复调整、测试、修改,手里的活儿一直不停。“那种眼皮如同坠铅的感觉记忆犹新,都不知道当时是怎么撑过来的。”五室王主任感慨。

经过反复摸索、仿真、验证、调试,团队终于研制成功我国第一台符合要求的星载原子钟。团队研制的铷钟随我国北斗导航卫星发射升空的那一天是团队成员永远铭记的时刻,这是国内自主研制铷钟的首次搭载发射。“中国人终于有了自己的原子钟!” 团队的每一名成员都流下了激动的泪水。


上星,大块头要“瘦身”

“向国际一流看齐”,研制团队来不及庆祝胜利,就又踏上了氢原子钟研制的新征途。

氢原子钟具有优良的中短期频率稳定度,但体积大质量重,要上星,氢钟必须“瘦身”。203所生产的氢钟已经在其他行业落地应用,但星载氢钟相对地面钟而言,性能指标要求更高,使用的环境也更苛刻,总体设计、产品的可靠性、热设计、抗辐射、环境适应性、寿命等各全面都要通盘考虑考虑。

北斗导航系统总师孙家栋院士曾亲自到203所指导星载氢钟验收。孙老总的到来,使项目团队备受鼓舞,更感到了无形的压力。“这是个熬人的工作。”氢原子钟技术专业李副总师说,他经常和团队成员连夜调试数据,测试间的几张行军床就是给他们准备的,李副总师开玩笑:“当时都不敢生病。”

“有时在梦里都在联调”,李副总师回忆,好几次梦里得解,睡醒后赶紧翻身下床,按照梦中的步骤付诸实践,还真的奏效。从分阶段开展研制工作,到鉴定件实验,到整钟重要指标突破,再到正样研制,经过重重考核,最终,203所实现关键技术、工艺自主化,成功实现氢钟减重。

2015年9月30日,203所研制的星载氢原子钟发射升空,实现了203所首台氢钟上天。通过近2年的在轨性能验证,星载氢钟实现了跨越式发展。


成功,矢志不渝“中国心”

在北斗三号系统3颗倾斜地球同步轨道卫星全部发射成功之际,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其到清华演讲,并带去了二院203所研制的一台铷钟。

冉主任举起铷钟,对台下的清华学子说:“我们下定决心,从零起步,举全国之力,矢志攻关,成功实现了原子钟国产化,精度达到了世界先进水平。”北斗三号系统工程启动后,二院203所自主研发了高精度和甚高精度两代星载铷原子钟和星载氢原子钟,完全满足北斗三号的应用需求。

“时至今日,经过大量卫星在轨运行状态的检验测试,可以说,国产的原子钟已经达到国际先进水平。”北斗系统工程副总设计师、北斗三号工程卫星系统总师谢军曾这样评价。

从上世纪开展原子钟研究,到2020年北斗三号组网成功,无论科研攻关历程处于顺境还是逆境,203所历任所领导班子对研制工作都给予了鼎力支持;老一代技术专家默默奉献、甘为人梯,为原子钟事业打下坚实基础;前赴后继的年轻人勇挑重担,接过前辈手中的火炬,把它燃烧得更加光明灿烂……203所历经几代人的传承,最终实现了中国星、中国“心”的目标。

“我们干航天就是为了国家荣誉。”王主任总结,同事们都曾经有机会选择薪资更高的工作,但责任感使他们留下来,所谓干一行就尽职尽责,团队成员互相鼓励,共同为航天事业贡献力量。“203所的原子钟技术还将应用于低轨互联网星座、遥感卫星,从北斗产品延伸出新应用,适应更复杂多样的环境。”王主任介绍。

在203所,“科技强军 航天报国”八个熠熠生辉的大字镌刻在大门的墙壁上,更深深烙印在每个人心中。二院203所原子钟团队用过往四十余载的实际行动,为新时代北斗精神写下最好的注脚。在这里,他们的事业还在传承,他们的梦想还在继续,必将为打造更强的中国“心”发挥更大力量。(文/胡蓝月)

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