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    【陜西日報】北京時間從這里發出

    ——走進中國科學院國家授時中心

    發表日期:2019-07-02來源:陜西日報放大 縮小

    在國家授時中心時頻基準實驗室,科研人員在記錄時間比對數據

    國家授時中心BPM天線群。本報記者 張梅文/圖

      “現在是北京時間……”

      每當聽到這熟悉的聲音,你可曾想過,北京時間并非來自北京,而是來自內陸腹地的陜西——中國科學院國家授時中心。

      國家授時中心是我國唯一專門從事時間頻率科學和技術科研的機構。由它運行維護的長短波授時系統,是目前在陜唯一的國家重大科技基礎設施,承擔著我國高精度標準時間的產生、保持和發播任務。

      6月下旬,記者走進國家授時中心臨潼總部、蒲城分部以及昊平觀測站,聽科研人員講述有關時間的故事。

      不斷升級的授時系統

      20世紀60年代,由于大規模經濟建設和國防建設需要,國家決定在我國內陸腹地建設一個專用授時臺。1966年,中國科學院開始籌建短波授時臺。按照“靠山進洞”的戰備要求,短波授時臺最終選址在蒲城唐憲宗景陵山上。

      1970年短波授時臺基本建成,經周恩來總理親自批示開始試播,呼號為BMP?!癇MP短波授時臺用2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz等幾個頻率廣播我國的標準時間和標準頻率信息,授時精度為毫秒(千分之一秒)量級?!痹兾魈煳呐_(國家授時中心前身)臺長漆貫榮研究員介紹,1981年起,陜西天文臺短波授時臺替代上海天文臺的BPV授時臺,正式承擔我國短波授時任務。

      短波授時臺建成后,滿足了毫秒量級用戶的需求。但是,隨著我國空間技術飛速發展和國防試驗的需求,需要更高精度的授時手段。長波授時臺應運而生,它的精度是微秒(百萬分之一秒)量級,比短波授時臺授時精度提高了1000倍。

      1973年開始,長波授時臺正式啟動研制建設,1983年系統聯調成功,1985年開始全功率發播。1986年,長波授時臺通過國家級技術鑒定后,正式發播標準時間、標準頻率信號。長波授時臺每天定時發播載頻為100KHz的高精度長波時頻信號,地波作用1000公里,天地波結合,覆蓋全國陸地和近海海域,授時精度為微秒量級。

      “面對國外的技術封鎖,老一輩科學家不畏艱難,協作攻克了一個個技術難關,自主研制生產出了所有關鍵設備,國產化率達到了100%?!眹沂跁r中心黨委書記竇忠介紹,當時出于安全考慮,長波授時臺建在了地下,深度達26米,相當于八九層樓,地上只有4座高聳的鐵塔承載著15噸的倒錐形天線體。

      該項成果1988年獲國家科技進步獎一等獎。此后,長短波授時系統又經多次改造升級,始終保持著國際先進水平。

      北京時間的發播

      北京時間是我國的標準時間,它采用了地球東八區的區時,比國際標準時間早8個小時。國際標準時間稱為協調世界時(UTC),是一種世界時和原子時折中后的計時體系。

      世界時是以地球自轉周期為基礎確定的時間尺度,1秒是地球自轉周期的1/86400。原子時是以物質的原子內部發射的電磁振蕩頻率為基準的時間計量系統。原子時精度比世界時高上千倍甚至上萬倍。但是,由于地球自轉是不穩定的,根據地球自轉制定的世界時就會有誤差?!鞍凑宅F在的速度,5000年差1個小時,3萬年后零點就可能出現太陽升起的現象。因此,科學家創造出了一種兼顧這兩種時間特性的時間尺度——協調世界時。協調世界時是全球統一的國際標準時間,大家的時間都要與協調世界時對準?!睍r頻基準實驗室研究人員趙書紅介紹。

      協調世界時由設在法國巴黎的國際權度局(BIPM)產生。每個月的1日,國際權度局開始收集上個月全世界的原子鐘數據,對全世界的原子鐘進行加權平均,計算出國際原子時,加上閏秒,調整以后就得到上個月全球的標準時間。協調世界時一般在當月15日左右發布,只是一個紙面的時間,只能解決事后對表的問題,不能直接使用。

      為了解決實際應用對標準時間的需要,每個國家都指定守時實驗室產生協調世界時的物理實現。我國的標準時間便是由國家授時中心產生和保持的。

      時間產生出來后,就可以授時了。趙書紅介紹,用戶的需要不同,授時方式也不同:如果需要毫秒量級的時間,可以短波授時;如果需要微秒量級的時間,可以長波授時;如果需要十納秒(十億分之一秒)量級的時間,北斗衛星導航系統授時可以滿足。

      授時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。地波指發射天線輻射出去后沿地表傳播的電波。而天波則是發射天線發出后在高空被電離層反射后到達接收點的電波。

      我國的北斗衛星導航系統運行以后,長短波授時系統又有了新的拓展。據國家授時中心科技處副處長任曉乾介紹,衛星導航系統雖然是一種導航定位系統,但導航定位的基本原理卻是時間測量。因此,衛星導航系統需要有一套準確可靠的時間頻率系統,也具有授時功能,它的授時精度在十納秒量級。

      諸多科研領域的基礎

      高精度的時間不僅在通信、證券、航空、國防等領域具有重要意義,作為最基本的物理量,對提升國家科研水平也有著基礎性作用?!皶r間的毫厘之差,會帶來距離的千里之謬。比如飛船對接,一旦測控系統時間差百萬分之一秒,就會出現300米的距離偏差?!逼嶝灅s介紹說。

      時間科學作為諸多科學研究的基礎,具有廣泛的應用。在電力系統中,大量發電機并網發電需要保持高度時間同步,并網主要設備的時間要同步到微秒量級。同時,時間也可以充當輸電線上的偵察兵?!氨热?,高壓輸電線不幸被雷擊中,高精度時間就可以實現對故障點的快速定位?!睍r間科普館工作人員周先林介紹。

      5G通信也需要高精度時間來保駕護航?!皼]有時間同步就無法實現通信,5G基站有著非常高的時間同步要求,精度要達到十幾個納秒?!敝芟攘终f。

      為進一步提高我國授時系統的安全性、可靠性和授時精度,由國家授時中心建議的“十三五”國家重大科技基礎設施項目——高精度地基授時系統獲得國家批準立項。2019年,高精度地基授時系統項目在西安啟動建設,計劃2023年建成。

      “該項目是陜西省‘十三五’期間唯一牽頭建設的國家重大科技基礎設施項目,建成后西安將成為我國時間頻率科學研究、創新、發展的中心?!备]忠介紹,高精度地基授時系統建設的全國光纖授時骨干網將實現國際最高水平的時間同步能力,為數字信息化發展提供重要支撐。

     

    http://www.sxdaily.com.cn/n/2019/0701/c266-6502115.html

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