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中科院国家授时中心主任张首刚:“北京时间”是在临潼产生的
发布时间:2019-10-21

  “国家利益到了深海,我们授时就得到深海;国家利益到了火星,我们授时就得到火星。”近日,在北京举行的2019全国时间频率学术会议上,中国科学院国家授时中心主任张首刚表示,未来5年内中国将建成世界上独一无二的立体交叉授时系统,目前在世界上尚无类似计划。

  为什么要建立体交叉授时系统?这个系统建成后会带来哪些变化,对市民生活有何影响?10月13日,华商报记者就此专访了张首刚。

  张首刚:授时就是把产生的国家标准时间,通过有线和无线的技术手段发播给用户。发播授时信号的物理装置,就是授时系统。形式有很多种:有线可以通过电缆、电话线、通信网络和专业光纤等;无线可以通过短波、长波,还可以通过卫星传播的形式,将来可能通过量子技术实现更高精度和更安全的时间传递。采用不同的技术,可以满足不同用户在不同环境下对于授时的要求。我国的标准时间叫北京时间,但其产生和发播任务,是由地处西安市临潼区的中国科学院国家授时中心担负的。

  一般市民对时间精度要求并不高,但在很多领域必须依赖高精度的时间。比如,电力系统各站点之间要进行时间同步,时间精度要求达到微秒(百万分之一秒)级。若山里的某个电力塔被雷击了,不可能满山去寻找,通过时间系统就可以确定其位置。再比如,港龙神算高手坛,通信对时间的精度要求原来是几十微秒,现在是要达到百纳秒水平,只有这样才能把信息速度提高,如5G,将来6G通信。而金融的国际数据交换,差一分或差一秒,市场的波动、股票的波动可能就会很大经济影响。在航天方面,差一秒就会相差30万公里的距离误差。

  张首刚:北京时间是由一套几十台原子钟实时比对测量共同产生的,用这些原子钟产生一个平均时间。为什么要用这么多呢?是为了稳定和可靠。

  但有了这些还不行,时间是全世界的,不是哪一个国家的。那怎么办呢?全世界共有五六百台原子钟,每天都通过卫星在空中进行比对,比对之后就共同产生了国际原子时。这些原子钟分布在83个不同国家或地区的实验室,各个实验室用比对数据来校对自己的时间,通过纠正以后就产生了本地区的标准时间,比如北京时间。

  这里还有一个问题,若国际比对出现中断怎么办?光有守时钟不行,还要有自己的基准钟。在中国科学院国家授时中心,就有一个冷原子钟铯喷泉钟,3000万年不差一秒。魔兽世界各地找T恤爱好者拿衬衣新小节,守时钟用的比较多的是小型铯原子钟。2018年底前,全世界能生产这种铯原子钟的,一个是美国独立生产,另一个是美国和瑞士合作生产。美国已经开始对全世界禁运这种铯原子钟。不过,现在我们已经研发了全世界最新型的守时用原子钟,性能比美国还高,解决了卡脖子的问题。

  张首刚:时间频率是目前测量精度最高的物理量,比其他物理量的测量精度要高四五个量级。要想提高对其他物理量的测量精度,要想检验一些基础理论,包括对引力波的研究、以及相对论检验、量子物理现象研究等等,都需要通过对时间频率的测量来实现。所以,现在对时间应用的精度也越来越高了。

  时间是一个国家的基本信号,它就好像一个国家跳动的心脏。国家利益到了哪里,时间服务就必须跟到哪里。国家利益到了深海,我们授时就得到深海;国家利益到了火星,我们授时就得到火星。

  美国之前提出过电子战、www.47322.com,信息站、网络战、导航战,2017年提出了“授时战”概念,这是他们提出的第五个战争形态。所以,授时安全越来越重要。这也催生我们国家必须要建综合的、立体的、交叉的授时系统。

  2018年11月,习总书记向在西安举行的联合国全球卫星导航系统国际委员会第十三届大会发来贺电,贺电中指出我国“2035年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系”。综合时空体系就是授时和导航服务体系,导航信息是由时间测量信息导出的。也就是说,将来我们希望在空间任何地方都能提供坐标和导航,都能提供时间信号。

  张首刚:这套立体交叉授时系统主要由北斗卫星导航系统、中国空间站时间频率实验系统、地基高精度授时系统三部分有机构成。

  北斗卫星导航系统星基授时覆盖全球,授时精度可达到10纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)量级。

  中国空间站时间频率实验系统将利用光学频率原子钟等为覆盖区提供皮秒(1皮秒等于万亿分之一秒)量级的时间。

  地基高精度授时系统是国家“十三五”十项国家重大科技基础设施研制建设任务之一。其中,地基光纤授时连接全国重要用户节点,授时精度为100皮秒,将是全世界精度最高、距离最长的光纤授时网;地基长波授时将覆盖全国国土,重要区域授时精度优于100纳秒,同时播发卫星授时差分信息,提高卫星授时精度。

  张首刚:对于我国来说,这个立体交叉授时系统不完全是新建。因为在空间,我们不仅有卫星导航系统,还有未来的中国空间站授时系统。在地面,今年年底我们就将开始建设高精度地基授时系统。目前,这样的立体交叉授时系统也只有我们中国有条件和有能力建设。因为我们的北斗全球卫星系统明年就建成了,空间站按计划是在2022年前后建成,地基授时年底就将开始建设,估计不到五年就可以建成。这些条件别的国家都不具备。

  张首刚:未来这个立体交叉授时系统建成后,将会是星地结合、立体交叉,授时服务统一溯源和相互冗余。三个授时系统可以同时授时、互补增强,万一哪个有问题,可以用别的系统替代。届时,北斗导航卫星的授时性能会进一步提高,地面有线用户授时精度也会比现在提高四五个量级,将来依靠地面授时系统就可以实现导航。同时,长距离、网络化、跨区域重大设施设备之间的时间同步可以提高四五个量级,这对科学研究和国家安全来说意义非常大。对于市民来说,通信速度会进一步提高,电力、金融系统的时间服务也会更加可靠、更加高效。



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