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【湖北日报】我为中国摘“芯”

来源:     时间:2024-09-20

湖北日报全媒记者 肖丽琼

编者按

今年是新中国成立75周年。75年来,中国从积贫积弱迈向繁荣富强,创造了人类发展史上的伟大奇迹。75年来,中国经济影响力持续提升,成功迈进现代化建设的新阶段。湖北立足雄厚的工业基础,以科技创新引领产业创新,一批“中国芯”带动中国制造由大变强,服务中国式现代化建设。

即日起,湖北日报开设“奋进强国路 澎湃中国芯”专栏,展现湖北人民推进科技自立自强的拼搏作为,见证中国式现代化伟大成果。

“日常使用的时钟如果每天快慢几秒,计时精度就算很高了。但是一台铷原子钟,每天的计时误差可能只有百亿分之几秒。”9月10日上午,在位于武汉的中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(以下简称“精密测量院”),著名原子钟专家梅刚华研究员这样形容原子钟的精度。

他的面前,是一个鞋盒大小的金色盒子。这个盒子正是甚高精度星载铷原子钟——每天计时误差不超过百亿分之三秒的“时间魔盒”,北斗卫星导航系统的“心脏”。

为让这颗北斗“心脏”跳出“中国心率”,梅刚华和团队奋斗了近30年。“现在的北斗三号卫星上,装备了45个我们的铷原子钟!”梅刚华的自豪之情溢于言表。


欧美技术封锁,倒逼湖北科学家自主研发

“做不出原子钟,北斗系统就建不成。”北斗工程总设计师孙家栋院士曾这样界定原子钟的关键作用。

原子钟是基于量子物理学的基本原理——原子由原子核和电子组成,电子在不同的能级之间跃迁时,会释放特定频率的电磁波,这些电磁波的频率是固定的,不受外界干扰,因此可以用来作为时间标准。

梅刚华说,日常生活中,大家或许感受不到原子钟的存在,然而正是依靠原子钟的计时精度,让人类每一场竞赛、每一次卫星发射,乃至金融市场的每一笔交易,都能在时间的洪流中找到自己的精准坐标。

星载原子钟是北斗的“心脏”,却一度是北斗人的“心病”。

1985年,梅刚华从武汉大学硕士毕业,分配到中国科学院武汉物理与数学研究所(简称“武汉物数所”,精密测量院前身)。武汉物数所是我国最早开展原子钟研究的单位,也是梅刚华“梦开始的地方”。

梅刚华早期从事了10年的原子物理基础研究。他由此获得博士学位,也练就了扎实的原子钟技术研究基本功。

20世纪90年代,我国制定了北斗卫星导航系统“三步走”发展战略。能否实现原子钟技术突破,关系到北斗系统建设的成败。当时,星载原子钟技术仅为少数西方国家所掌握,在我国属于技术空白。星载原子钟机理复杂、技术难度极大,要实现从无到有的突破,难度可想而知。

1997年,梅刚华团队接下研制北斗星载铷原子钟的任务。此时,欧美国家已经先行了近30年。

“刚开始的时候,我们铷钟的精度跟西方发达国家比差了将近100倍。在可靠性、寿命、卫星环境适应性方面,更是连设计概念都没有,差不多是一片空白。”面对欧美的技术封锁,梅刚华明白,只能走自主研发这一条路。


越是关键,就越要去攻克

从核心部件突破!

微波腔是铷原子钟的核心部件。在深入研究现有技术局限性的基础上,他创新性地提出,利用一个开槽管结构,可能大大改善微波腔的性能。但是,在一个胶卷大小的开槽管上开几个槽,槽的宽度是多少,长度是多少,当时没有计算机模拟仿真技术,他只能凭经验一点点尝试,一个个参数摸索。历经无数日夜、反复试验,试验品竟装满了几抽屉。

终于,凭借着不服输的倔强,梅刚华成功研制开槽管微波腔,奠定了铷钟高稳定度和小型化技术基础。国内权威专家认为该技术是我国科技工作者在原子钟方面作出的“不可多得的创新性贡献”。

攻克第一道难关后,梅刚华又把目标锁定在铷光谱灯上,这是铷钟的另一个核心部件。普通的谱灯光强起伏大,铷样品消耗快,且无法在卫星的真空环境下工作。梅刚华带领团队通过无数次试验,发明了一种新型光谱灯,能够在真空条件下长期稳定工作,克服了限制铷钟寿命和卫星环境适应性的主要障碍。

2018年11月19日,在西昌卫星发射中心以“一箭双星”方式成功发射的我国北斗三号系统第十八、第十九颗组网卫星,首次装载了精密测量院研制的甚高精度星载铷原子钟。这是梅刚华团队为北斗研制的第三代铷钟,性能指标超越GPS系统的同类技术,居国际领先水平,可为北斗系统提供分米级定位能力。

回顾那段自力更生的岁月,梅刚华感叹:“一味地跟从,最多跟别人做得一样好;要超越别人,就必须创新。什么东西难你就得干什么,越是觉得那个东西关键,你就越是要去攻克。”

今年6月24日,2023年度国家科学技术奖在京揭晓,梅刚华团队完成的“北斗三号卫星导航系统星载铷原子钟技术实现与应用”项目荣获2023年度国家科学技术进步奖二等奖。这是梅刚华团队继2015年获得国家技术发明二等奖之后,再次获得国家科技奖表彰。

自立自强是最坚实的依靠

湖北日报评论员

创新,在大国重器的诞生之旅中,从未缺席。

跳动在荆楚大地上的“湖北芯”,见证一个科技大省攻坚克难的向上之姿,融入中国科技自立自强的奋进之路。

科技创新要产生澎湃动力,自立自强是最坚实的依靠。自立自强不是闭门造车,不是搞关门主义。最坚实的依靠,指向的是在事关安身立命的根本性问题上,我们要有的坚定之志、笃定之行。

用别人的昨天来装扮自己的明天,指望依赖他人的科技成果来提高自己的科技水平,永远跟在别人的后面亦步亦趋,这是危险的,也走不远。自立自强的关键,就是把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中,以不会受制于人的能力、实力,应对各种不确定性。

自立自强不是喊出来的。面对国外的技术封锁,不是垂头丧气、就此折戟,而是埋头苦干、迎难而上。深知关键核心技术的至重分量,虽然困难重重、短期无望,也要日拱一卒、步步攻克,从“空白”做到“领跑”。一个个行业诞生的“芯脏”,不是靠空有一腔热情得来的,背后是不服输的倔强、不畏难的斗志、不放弃的韧劲,最终用本领说话。

习近平总书记考察湖北时曾强调,科技自立自强是国家强盛之基、安全之要,要“把科技的命脉牢牢掌握在自己手中,在科技自立自强上取得更大进展”。这是总书记对湖北的厚望。湖北是全国为数不多的具有41个全部工业门类的省份之一,传统产业实力雄厚,制造业具有深厚基础,拥有丰富的科教资源,这是我们宝贵的优势基础,也是我们的发展潜力所在。

“湖北芯”就是“中国芯”,“湖北造”就是“中国造”。实验室里的灯火,扎根沉潜的“研途”时光,连着国之大者,接着省之要事。自立自强,是历史的回声,是时代的先声,我们要把这个最坚实的依靠筑得更牢,如磐石屹立,八风不动,以更大的贡献助力于科技强国建设,添彩于中国式现代化的宏图伟业。

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