我們的“中國(guó)心”為世界時(shí)間定位

——航天科工二院203所北斗導(dǎo)航星載原子鐘研制發(fā)展記

　　中國(guó)航天事業(yè)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，取得了輝煌的成就，而在世界航天大國(guó)的篇章中，一定會(huì)有那么一小段記錄下為我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)研制星載原子鐘的故事。探索浩瀚宇宙的路將永無(wú)止境。今后，航天科工二院203所奮斗的腳步不會(huì)停止，將研制更加精準(zhǔn)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，地上的原子鐘人卻很少有時(shí)間抬頭去仰望星空，他們的驕傲都在身旁——低頭躬身于眼前的美麗原子鐘。不久的將來(lái)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)建立完畢后，每個(gè)國(guó)人將會(huì)切身感受到祖國(guó)的強(qiáng)大。

技術(shù)人員在測(cè)試

　　在2017年1月8日舉行的2016年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，北斗二號(hào)衛(wèi)星工程榮獲2016年國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，中國(guó)航天科工二院203所作為北斗二號(hào)衛(wèi)星工程核心載荷產(chǎn)品——星載原子鐘的配套單位，研制的高精度原子鐘已達(dá)到了世界一流水平，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)自主可控打破國(guó)外壟斷，成為本次國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)單位之一。

　　作為國(guó)內(nèi)唯一一家同時(shí)研制氫、銣、銫三種傳統(tǒng)原子鐘的單位，203所原子鐘團(tuán)隊(duì)用16年的堅(jiān)守與執(zhí)著，在科技前沿取得了重大突破。該所研制的星載原子鐘已廣泛應(yīng)用于北斗導(dǎo)航系統(tǒng), 截止目前，這個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)順利交付多臺(tái)星載原子鐘產(chǎn)品,裝載于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星中。隨著一次次原子鐘搭載發(fā)射的成功，標(biāo)志著我國(guó)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(guó)外導(dǎo)航原子鐘的束縛，也標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)成為完全自主建立導(dǎo)航定位系統(tǒng)的國(guó)家。

擁有信念，超越自我，承載著國(guó)家重大任務(wù)的使命和擔(dān)當(dāng)

　　原子鐘是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的心臟，其為衛(wèi)星系統(tǒng)提供高穩(wěn)定的時(shí)間頻率基準(zhǔn)信號(hào)，決定了導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航定位、測(cè)速及授時(shí)的精度，是一個(gè)國(guó)家能否具備獨(dú)立發(fā)展導(dǎo)航系統(tǒng)能力的核心技術(shù)之一。

　　原子鐘是利用“磁共振”技術(shù)鎖定的超精細(xì)能級(jí)躍遷頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)頻率輸出的，其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(biāo)要求相當(dāng)苛刻，在航天系統(tǒng)中屬于研制難度最大的產(chǎn)品之一，向來(lái)受到“特殊關(guān)照”，被北斗導(dǎo)航衛(wèi)星總師稱之為“可歌可泣”的產(chǎn)品。

　　從北斗導(dǎo)航系統(tǒng)工程研制開(kāi)始，203所作為傳統(tǒng)的原子鐘研制單位就瞄準(zhǔn)國(guó)際一流的高性能高可靠的星載銣原子鐘。李春景作為北斗二代導(dǎo)航衛(wèi)星高精度星載銣原子鐘研發(fā)課題的負(fù)責(zé)人，也是整個(gè)團(tuán)隊(duì)中的靈魂人物，這個(gè)已經(jīng)在原子鐘戰(zhàn)線上奮戰(zhàn)了14個(gè)年頭瘦瘦的“大個(gè)子”一談起北斗銣鐘，他的話匣子就打開(kāi)了：“要搞全球?qū)Ш?，首要條件就是要有原子鐘！原子鐘產(chǎn)品只有自己干一條路可走！所以從一開(kāi)始原子鐘的自主研發(fā)就成了北斗系統(tǒng)總師關(guān)注的焦點(diǎn)。” 

　　攻關(guān)難度大，挑戰(zhàn)異常艱巨，特別是在仿真和設(shè)計(jì)能力上，前進(jìn)的道路困難重重。為了達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，203所原子鐘團(tuán)隊(duì)從立項(xiàng)之初，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)帶著必勝的信念，帶著敢于擔(dān)當(dāng)和攻堅(jiān)克難的勇氣，反復(fù)摸索進(jìn)行方案論證、技術(shù)攻關(guān)、試驗(yàn)驗(yàn)證，一路上困難重重，總體方案和電路一再調(diào)整優(yōu)化。他們展開(kāi)頭腦風(fēng)暴，開(kāi)拓創(chuàng)新，通過(guò)不斷技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)高信噪比信號(hào)的輸出，實(shí)現(xiàn)了微波信號(hào)低噪聲、高穩(wěn)定性，達(dá)到了銣鐘輕量化、小型化指標(biāo)要求，并使得產(chǎn)品壽命大大提高，滿足十幾年的使用壽命要求……

　　一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、一個(gè)個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，終于研發(fā)出了我國(guó)第一臺(tái)符合要求的星載原子鐘，擁有自主可控技術(shù)的星載銣原子鐘并實(shí)現(xiàn)在軌工作，中國(guó)人終于有了自己的星載原子鐘！

　　相比銣原子鐘，星載氫原子鐘是一個(gè)難度更大的產(chǎn)品，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)和原理更復(fù)雜，但是氫原子鐘在重要技術(shù)指標(biāo)，如頻率穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度及日漂移率等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，可使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的定位精度、全球覆蓋及較長(zhǎng)的自主導(dǎo)航能力，顯著降低北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球應(yīng)用時(shí)的校時(shí)壓力，是其可與世界其它三大導(dǎo)航系統(tǒng)相媲美的必要條件。星載氫鐘負(fù)責(zé)人李晶是被年輕同志笑稱為氫鐘研制的“鼻祖”，他在技術(shù)上較真且追求完美，正是他這種對(duì)技術(shù)永無(wú)止境的追求才研制出與國(guó)外媲美的高性能高可靠的星載氫鐘。從星載被動(dòng)氫鐘關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、電性件研制、鑒定件直到正樣的定型，他帶領(lǐng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)用了近十年的時(shí)間，相繼解決了一系列技術(shù)難題；溫控系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，電磁兼容性的改善，使星載氫鐘長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度大幅提高，增強(qiáng)了整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性。最終攻克了包括指標(biāo)優(yōu)化，整機(jī)小型化、輕量化技術(shù)研究，空間環(huán)境適應(yīng)性、可靠性與長(zhǎng)壽命技術(shù)研究等關(guān)鍵技術(shù)難題。2015年9月30日7點(diǎn)13分，星載氫原子鐘跟隨北斗二代二期試驗(yàn)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，成為中國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)展史上一個(gè)新的里程碑。

　　目前，203所研制的星載氫鐘在技術(shù)性能及可靠性上均達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，將首次大規(guī)模正式應(yīng)用于北斗導(dǎo)航工程，為北斗三號(hào)新一代導(dǎo)航衛(wèi)星的高性能、長(zhǎng)壽命要求提供了有力保障。 

集智攻關(guān)，攻堅(jiān)克難，大幅度提升北斗導(dǎo)航性能指標(biāo)

 　　2012年，203所研制的高精度銣原子鐘已達(dá)到了世界一流水平！但為了提高北斗導(dǎo)航定位精度和實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的長(zhǎng)期自主運(yùn)行能力，2015年，國(guó)內(nèi)首臺(tái)星載氫原子鐘順利交付衛(wèi)星總體并隨衛(wèi)星成功上天且在軌運(yùn)行正常，可使北斗系統(tǒng)的導(dǎo)航定位性能能力大幅提升，是我國(guó)星載原子鐘領(lǐng)域和導(dǎo)航領(lǐng)域的又一個(gè)里程碑！

　　“銣原子鐘在軌運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到衛(wèi)星軌道環(huán)境溫度波動(dòng)影響，將會(huì)直接影響導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度所以要讓原子鐘對(duì)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’。”目前的銣鐘項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊同敏如是說(shuō)。到整機(jī)調(diào)試階段，需要有足夠經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師親自“操刀”調(diào)試。

　　與生產(chǎn)其他電子產(chǎn)品不同，比如生產(chǎn)手機(jī)，有調(diào)試工人，按照工藝文件調(diào)試就可以了。銣原子鐘調(diào)試則還需要工作人員掌握原子鐘電路和物理系統(tǒng)的脾氣， 知道怎么綜合調(diào)整才能造出最好的銣原子鐘，調(diào)試過(guò)程中從電子信號(hào)中看到物理本質(zhì)，設(shè)計(jì)師掌握的技術(shù)細(xì)節(jié)越多，產(chǎn)品質(zhì)量越好。到目前為止，星載銣原子鐘每臺(tái)鐘都要從每個(gè)參數(shù)開(kāi)始精細(xì)調(diào)試，尤其是真空環(huán)境下的調(diào)試，原子鐘一旦上天，加電運(yùn)行就直到它“壽終”，要求必須絕對(duì)可靠。原子鐘比瑞士的鐘表更加精細(xì)，原子鐘是當(dāng)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)。

日夜兼程、刻苦攻關(guān)、奮戰(zhàn)在研制原子鐘戰(zhàn)場(chǎng)上

　　星載原子鐘，這個(gè)從開(kāi)始立項(xiàng)就瞄準(zhǔn)了打破國(guó)外壟斷、步入世界前列的重點(diǎn)任務(wù)，無(wú)論是誰(shuí)剛接手時(shí)都會(huì)有些撓頭。面對(duì)研制中織亂如麻的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)成員雖說(shuō)早有心理準(zhǔn)備，但還是沒(méi)有預(yù)料到攻關(guān)居然會(huì)如此艱難，很多難題以前從未遇到，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

　　理頭緒，做實(shí)驗(yàn)，數(shù)不清多少個(gè)寄予期望的開(kāi)頭，也記不住多少個(gè)沒(méi)有結(jié)果的結(jié)尾，產(chǎn)品交付進(jìn)度節(jié)點(diǎn)必須保證， 日夜兼程的調(diào)試，大家就像上了發(fā)條的鐘一樣不知疲憊。銣鐘項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李春景對(duì)自己團(tuán)隊(duì)的經(jīng)歷如數(shù)家珍：“為了搞定技術(shù)難題，團(tuán)隊(duì)白天黑夜連軸轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證；環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員多班倒，進(jìn)行日夜守護(hù)和記錄數(shù)據(jù)。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(diào)的情景：如何接線、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)，立馬翻身下了行軍床，趕緊將夢(mèng)中的情境付諸現(xiàn)實(shí)，困擾多日的問(wèn)題終于解決了。李春景說(shuō)道，對(duì)于我這個(gè)在學(xué)校都坐不住凳子的人，能這樣玩命專注地干一件工作，我自己都是難以想像的。

氫鐘測(cè)試

篤志大我，舍棄小我，鐫刻著原子鐘人的堅(jiān)毅和無(wú)悔

　　國(guó)產(chǎn)原子鐘取得的成績(jī)是令人矚目的，榮譽(yù)背后，203所原子鐘人的一腔堅(jiān)毅和無(wú)悔，無(wú)私奉獻(xiàn)和持之以恒，閃耀出一道又一道感動(dòng)的光芒。

　　為了保證工作時(shí)間，李春景從剛剛?cè)胱〉膶挸髁帘蔽瀛h(huán)外的霍營(yíng)新家，搬到了單位附近28平米的筒子樓。他安撫好妻子的強(qiáng)烈反對(duì)，帶著尚未入托的孩子，李春景自己倒是自我感覺(jué)良好，坦然說(shuō)道：“反正我經(jīng)常加班，28平米夠她們娘倆住的了。”小春景入了托，開(kāi)始懂事了，看著不少小朋友經(jīng)常是爸爸接送，爸爸陪玩，他終于忍不住向幼兒園老師告自己爸爸的狀。當(dāng)小春景哭訴的內(nèi)容傳到李春景耳中的時(shí)候，這個(gè)“不負(fù)責(zé)任”的爸爸眼角不禁有些濕潤(rùn)。“兒子，等我們的銣原子鐘性能完全超越國(guó)外產(chǎn)品，我一定帶你好好出去玩！”

　　作為加班狂人的李晶，節(jié)假日的多數(shù)時(shí)間，他的身影總會(huì)在辦公室和調(diào)試間出現(xiàn)，十多年如一日。李晶經(jīng)常和大家開(kāi)玩笑說(shuō)：“現(xiàn)在我都不敢生病，即便生了病也不敢請(qǐng)假。”的確，休假對(duì)李晶來(lái)說(shuō)真的是一件挺奢侈的事，因?yàn)闅湓隅婑R上要上星，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)需要他。妻子臨產(chǎn)前，李晶和平日一樣，上班前向妻子扔下一句“晚上不回來(lái)吃飯了，自己湊合吃點(diǎn)，如果有情況就給我打電話”，就匆匆趕到單位。孰不知妻子當(dāng)天身體就不太舒服，特別希望李晶能多陪陪她，委屈的一天沒(méi)吃飯，眼淚還是沒(méi)忍住流了出來(lái)。等李晶再次回到家里，看著昨日桌上一點(diǎn)沒(méi)少的飯菜，心中心疼不已，好一頓安慰勸解才使得妻子破涕為笑。

　　銣鐘項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊同敏，也是蠻拼的。為了加班方便，楊同敏一家三口從長(zhǎng)陽(yáng)新房搬到了單位附近二十來(lái)平米簡(jiǎn)陋破舊的平房，一住就是好幾年。別人問(wèn)為他為什么，他的回答很簡(jiǎn)單：“住的近方便。”然而，像楊同敏這樣的航天人，靠的就是可敬的家國(guó)情懷和無(wú)私奉獻(xiàn)的航天精神，他們克服了工作和生活中一個(gè)又一個(gè)的困難。

　　現(xiàn)任星載氫鐘負(fù)責(zé)人部英男一直就是大家眼中的“科技達(dá)人”，平時(shí)大家有什么電子產(chǎn)品的技術(shù)問(wèn)題解決不了第一個(gè)想到的就是找他，他這種對(duì)技術(shù)天生的敏感和愛(ài)好成了科研中的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)起項(xiàng)目負(fù)責(zé)人得心應(yīng)手。面對(duì)研制中紛繁復(fù)雜的技術(shù)難題和管理難題都被他睿智地解決了。作為家中的獨(dú)子，在父親生病住院期間也只請(qǐng)幾天假陪陪父親，回來(lái)便一頭扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

　　在原子鐘研制團(tuán)隊(duì)中，幾乎所有成員都有長(zhǎng)期加班的經(jīng)歷，每個(gè)人都多多少少都有些經(jīng)典的故事發(fā)生：有人把妻子不小心反鎖在洗手間，有人忘了孩子看病的時(shí)間，有人約好的相親由于加班被推掉，有人避堵車練成了長(zhǎng)跑健將……只是這些故事的背后免不了都有些辛酸。