國家授時(shí)中心BPM天線群。

　　在國家授時(shí)中心時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，科研人員在記錄時(shí)間比對數(shù)據(jù)。

　　“現(xiàn)在是北京時(shí)間……”

　　每當(dāng)聽到這熟悉的聲音，你可曾想過，北京時(shí)間并非來自北京，而是來自內(nèi)陸腹地的陜西——中國科學(xué)院國家授時(shí)中心。

　　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)，是目前在陜唯一的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，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)。

　　6月下旬，記者走進(jìn)國家授時(shí)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(guān)時(shí)間的故事。

　　不斷升級的授時(shí)系統(tǒng)

　　20世紀(jì)60年代，由于大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)需要，國家決定在我國內(nèi)陸腹地建設(shè)一個(gè)專用授時(shí)臺。1966年，中國科學(xué)院開始籌建短波授時(shí)臺。按照“靠山進(jìn)洞”的戰(zhàn)備要求，短波授時(shí)臺最終選址在蒲城唐憲宗景陵山上。

　　1970年短波授時(shí)臺基本建成，經(jīng)周恩來總理親自批示開始試播，呼號為BMP。“BMP短波授時(shí)臺用2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz等幾個(gè)頻率廣播我國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率信息，授時(shí)精度為毫秒(千分之一秒)量級。”原陜西天文臺(國家授時(shí)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(shí)臺替代上海天文臺的BPV授時(shí)臺，正式承擔(dān)我國短波授時(shí)任務(wù)。

　　短波授時(shí)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(shù)飛速發(fā)展和國防試驗(yàn)的需求，需要更高精度的授時(shí)手段。長波授時(shí)臺應(yīng)運(yùn)而生，它的精度是微秒(百萬分之一秒)量級，比短波授時(shí)臺授時(shí)精度提高了1000倍。

　　1973年開始，長波授時(shí)臺正式啟動研制建設(shè)，1983年系統(tǒng)聯(lián)調(diào)成功，1985年開始全功率發(fā)播。1986年，長波授時(shí)臺通過國家級技術(shù)鑒定后，正式發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號。長波授時(shí)臺每天定時(shí)發(fā)播載頻為100KHz的高精度長波時(shí)頻信號，地波作用1000公里，天地波結(jié)合，覆蓋全國陸地和近海海域，授時(shí)精度為微秒量級。

　　“面對國外的技術(shù)封鎖，老一輩科學(xué)家不畏艱難，協(xié)作攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)，自主研制生產(chǎn)出了所有關(guān)鍵設(shè)備，國產(chǎn)化率達(dá)到了100%。”國家授時(shí)中心黨委書記竇忠介紹，當(dāng)時(shí)出于安全考慮，長波授時(shí)臺建在了地下，深度達(dá)26米，相當(dāng)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(xiàng)成果1988年獲國家科技進(jìn)步獎一等獎。此后，長短波授時(shí)系統(tǒng)又經(jīng)多次改造升級，始終保持著國際先進(jìn)水平。

　　北京時(shí)間的發(fā)播

　　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)對準(zhǔn)。”時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室研究人員趙書紅介紹。

　　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，只能解決事后對表的問題，不能直接使用。

　　為了解決實(shí)際應(yīng)用對標(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。

　　時(shí)間產(chǎn)生出來后，就可以授時(shí)了。趙書紅介紹，用戶的需要不同，授時(shí)方式也不同：如果需要毫秒量級的時(shí)間，可以短波授時(shí);如果需要微秒量級的時(shí)間，可以長波授時(shí);如果需要十納秒(十億分之一秒)量級的時(shí)間，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時(shí)可以滿足。

　　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。

　　諸多科研領(lǐng)域的基礎(chǔ)

　　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，對提升國家科研水平也有著基礎(chǔ)性作用。“時(shí)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(tǒng)時(shí)間差百萬分之一秒，就會出現(xiàn)300米的距離偏差。”漆貫榮介紹說。

　　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。同時(shí)，時(shí)間也可以充當(dāng)輸電線上的偵察兵。“比如，高壓輸電線不幸被雷擊中，高精度時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的快速定位。”時(shí)間科普館工作人員周先林介紹。

　　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。”周先林說。

　　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，由國家授時(shí)中心建議的“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)獲得國家批準(zhǔn)立項(xiàng)。2019年，高精度地基授時(shí)系統(tǒng)項(xiàng)目在西安啟動建設(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。”竇忠介紹，高精度地基授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)的全國光纖授時(shí)骨干網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)國際最高水平的時(shí)間同步能力，為數(shù)字信息化發(fā)展提供重要支撐。記者 張梅