“沒人敢，除了我們！”中國人打造時間競賽的“B計劃”
點擊： 作者：陳歡歡 來源：中國科學報 發布時間:2025-04-01 09:29:59
2024年9月30日，高精度地基授時系統敦煌長波授時臺試發播成功。
衛星信號主宰現代生活，如果它被破壞了怎么辦？這是美國《紐約時報》在2024年的一篇文章中提出的疑問。
該文指出，全球定位衛星類似天空中的時鐘，發出的時間信號對全球經濟活動至關重要，就像導航對于司機一樣。但衛星信號容易遭受攻擊，十分脆弱。《紐約時報》認為，美國正在輸掉和中國的“時間”爭奪賽。這是因為，在打造替代衛星信號的“B計劃”中，美國落后了。
文中提到的中國版“B計劃”，正是中國科學院國家授時中心（以下簡稱授時中心）牽頭建設的“十三五”國家重大科技基礎設施——高精度地基授時系統。
授時中心黨委書記、副主任竇忠告訴《中國科學報》，1966年，國家為發展“兩彈一星”，決定在我國內陸腹地建設一個專用授時臺，代號“326”工程。這就是授時中心的前身。如今，高精度地基授時系統團隊在攻堅過程中，不僅傳承了老一輩的精神品質，還發展出“胸懷祖國、獨立自主、集智攻關、艱苦奮斗”的新“326精神”。
胸懷祖國：構建“氧氣般重要”的系統
不管是美國的全球定位系統（GPS）、歐洲的伽利略衛星導航系統，還是我國的北斗衛星導航系統，導航定位功能實現的基石都是時間，其中導航定位精度依賴時間測量精度。
衛星上攜帶的原子鐘，能向導航定位終端發射包含其位置和時間信息的無線電信號。根據信號傳輸的時間，乘以速度，可以計算出手機和衛星之間的距離。當收到4顆衛星的信號時，就能實現定位。現代社會中，人們對時間信號的需求無處不在。時間系統發生錯亂可能導致手機網絡掉線、股票交易無法進行、電網故障難以迅速修復，人們乘坐地鐵甚至無法刷卡進站。
俄烏沖突使衛星信號的脆弱性顯現出來。據授時中心主任張首剛介紹，一臺煙盒大小的干擾器就可以影響方圓幾十公里的衛星信號。
如今說起“自主可控”，國人都有深刻體會。但15年前，形勢卻完全不同：免費向全世界開放的GPS獨步天下，幾乎占據所有市場；建設中的北斗能否順利推廣尚存爭議。誰能想到今天？正如美國專家泰德·艾倫所言，時間服務“就像氧氣，你不知道自己擁有它，直到失去”。
2010年，身為北斗衛星導航重大專項總體專家組成員的張首剛意識到，雞蛋不能放在一個籃子里。“到目前為止，最安全的授時手段仍然是地基長波無線電長波。”
經過前期的技術儲備和實驗論證，2015年，授時中心提出長波+光纖地基授時的方案。最終，該方案獲得國家認可，在“十三五”規劃中部署實施。
據悉，高精度地基授時系統包括信號覆蓋全部國土的長波授時系統和世界上規模最大、精度最高的光纖時間頻率傳遞系統。一旦建成，將和中國空間站高精度授時系統、北斗衛星導航系統、低軌通信衛星系統一起，構建國際上技術手段最完善、具備抗打擊能力的授時體系。
也就是說，中國版“B計劃”并不是衛星授時的備用方案，而是升級版。
“我們所構建的立體交叉、多系統融合授時體系，是世界上前所未有的復雜系統。”張首剛說。
獨立自主：沒人敢，除了我們！
構建世界上前所未有的復雜系統是什么感覺？
“是成就感。”高精度地基授時系統副總工程師劉婭說，“一想到沒人做過就很開心。沒人敢提這么高的指標，除了我們！”
張首剛告訴《中國科學報》：“授時精度只有做不到，沒有用不到。一旦提升一個量級，將產生大量意想不到的應用，催生新質生產力。因此必須邁出這一步。”
邁出這一步，意味著要走一條獨立自主之路。最早聽到這個目標時，劉婭的第一感覺是很難實現。一次參觀“326”工程的經歷改變了她的想法。“‘326精神’啟示我們，做科研要堅定信念，只要目標對，就一定能實現。困難和問題只是暫時的，解決了就不是大事。”劉婭說。
1966年，在遠離城市的陜西省蒲城縣金幟山上，來自全國各地的大學生、科技人員從卸鋼筋、拉水泥、蓋房子、挖水井做起。沒有吊車，他們就在地面鋪上鋼管，將幾噸重的機器一點一點往前挪。在這樣艱苦的條件下，大家用3年時間，建成我國第一座專用短波授時臺，向全國發播“北京時間”。這就是“326”工程。
不久之后，建設長波授時臺的計劃提上日程。這一次，我國再次選擇走獨立自主、自力更生的道路，“326-2”工程啟動。
后來，這些因為“326”和“326-2”工程改變人生軌跡的年輕人，大多留在陜西為祖國的時間頻率事業奉獻終生，也為后輩留下了“淡泊名利、甘于清貧、無私奉獻、科技報國”的“326精神”。
在竇忠看來，高精度地基授時系統是新時代的“326”工程。在新“326精神”指引下，大家以國家需求為己任開展科研，誓要牢牢將核心技術掌握在自己手里。
走一條前人沒走過的路，碰到困難如何解決？面對《中國科學報》的提問，劉婭干脆地回答：“就得死磕，必須解決。”
“研究生常問我一直沒有進展怎么辦，其實這很正常，沒有挑戰的科研沒有價值。”劉婭表示，走一條沒有人走過的路，可怕的不是碰到困難，而是懷疑自己——到底能不能走通？是不是走錯了？這樣堅持有沒有意義？
經歷幾年的摸索和“死磕”，如今這條路看見了光明。劉婭說：“事實證明我們確實選擇了國家需要的戰略方向，并且這種戰略眼光全世界領先。美國現在也提出了類似計劃，但我們已經開始干了。”
集智攻關：共建“時間高速公路”
如果說互聯網是信息高速公路，光纖時間頻率傳遞系統就是一條“時間高速公路”。
作為一項前沿技術，國際上只有少數機構研究光纖授時。其中歐洲起步較早，一些國家實現了小范圍光纖鏈路，但大多為幾百公里。而我國的高精度地基授時系統將構建2.5萬公里光纖授時網，遍布全國主要城市的300多個站點，24小時不間斷提供服務，授時精度為百皮秒，比衛星授時高一個量級以上。
據高精度地基授時系統副總工程師劉濤介紹，作為目前精度最高的授時手段，光纖授時可將定位精度從衛星導航的米級提高到10厘米甚至厘米級。其中，最典型的應用是無人駕駛。僅依靠光纖授時，兩輛無人車之間的安全距離能縮小到10厘米量級。可以暢想，在光纖授時加持下，未來會出現“無人車高速公路”。
但要讓這條“時間高速公路”走出實驗室，安全穩定地為各行各業所用并不容易，必須大力協同、集智攻關。
為了提高技術轉移的成功率，授時中心采取了非一般的合作方式：科研人員全程與企業技術人員一起開發、測試、集成和安裝調試。他們還會分批同時指導3家以上單位制造同一類產品，通過競爭保證產品質量和技術進步，最大限度帶動行業發展。
在我國成果轉化率普遍較低的大環境下，這一通操作雖然辛苦，卻取得不錯的成效。光纖授時網邊建設邊應用，目前已為不少用戶提供服務。
在歐美國家，鋪設光纖占用土地和基礎設施是一大問題，多方利益難以協調。而在我國，授時中心提出發揮舉國體制優勢，利用現有通信光纖資源構建光纖授時網。這樣既能節約時間、資源，又可以直接為通信網提供高精度時間信號。
在國家支持下，這樣一件對其他國家而言不可思議的事情，竟然真的做成了。
長波授時臺建設同樣遇到土地問題。以前主流的技術方案由于占地面積太大而無法實施。高精度地基授時系統副總工程師李實鋒翻遍各種資料，最后在檔案室找到“三二六二工程總體方案”和相關論證材料。
“原來我們現在碰到的困難40多年前已經論證過！”這個發現給了李實鋒很大幫助。研究人員根據調研的技術發展現狀，綜合研判后選擇了當年被否決的單塔傘形發射天線方案。最終他們站在前人的肩膀上解決了難題，既節約了成本，又提高了性能指標。
2024年9月30日，高精度地基授時系統敦煌長波授時臺試發播成功。授時中心供圖
即便如此，分管土建配套的高精度地基授時系統副總工程師張濤還是找到李實鋒：“天線角度能不能再小幾度？那樣還能節省很多土地。”李實鋒拿出紙筆，用數據和公式向張濤證明，現有方案已是極限，連1度都少不了。就這樣，張濤心服口服地找相關部門落實了土地問題。
“一個人只能做一件小事，而一個建制化的團隊可以完成這項偉大的事業。”張首剛說。
艱苦奮斗：再一次“西征”
10年前，李實鋒差點轉行；如今卻成為高精度地基授時系統增強型羅蘭長波授時分系統負責人。用他自己的話說，“把冷門干成了熱門”。
羅蘭長波系統是美國在“二戰”期間開發的一種比較“古老”的無線電導航技術。我國現有羅蘭長波授時系統只覆蓋中東部地區和近海海域，精度比北斗差了兩個數量級。為了實現長波授時信號全國土覆蓋，項目立項后的首要問題就是在西部選址。“326”工程中，來自北京、上海、南京等地的大學生向西進發，最終停留在陜西。而這一次，為了建設新時代的“326”工程，又有一批來自陜西臨潼的科學家一路向西，到達甘肅敦煌、西藏那曲和新疆庫爾勒。
在這3個地方建授時臺，勢必要面臨交通不便、高海拔、極端低溫、凍土施工等問題。張首剛坦言：“我們的年輕科學家要發揚兩種精神——一是敢創新，二是能吃苦。”
李實鋒清楚記得，當時考慮到信號的覆蓋需求以及運維方便程度，打算在西藏拉薩附近選址，但開車轉遍了拉薩周邊都找不到合適的位置，只能向附近高海拔地區轉移，最終選擇了海拔4600米的那曲。280米高的天線鐵塔，需人工輔助安裝，作業海拔高度驚人，上下一次至少需要兩個小時。
大家查遍文獻，找不到在這么高的海拔建高精度時間頻率系統的先例。對于建設者來說，從下飛機的一刻，挑戰就已經開始。設備同樣面臨挑戰。能不能正常運行？誰的心里也沒底，只能一次次實地試驗。為了測試設備低溫性能，他們特地選擇了冬天最冷的一天開展試驗。沒想到在實驗室里通過極低溫測試的設備在零下20多攝氏度的室外真的“凍僵”了。“原來野外條件跟實驗室真的不一樣。”大家通過各種檢測、試驗，最后解決了這個問題。
光纖授時系統的建設是一項大工程。按照運營商的安全要求，只能在凌晨1點之后進機房裝設備，全國300多個機房都是如此。青年科研人員進機房布線、冰天雪地里扛設備，經常要爬坡上山。劉婭說：“沒有人抱怨辛苦，反而很自豪地跟我說‘這次兩個星期就搞定了，我又突破了自己的極限’。”
“其實現在的年輕人不怕累，愿意干活。”劉濤表示，“我們國家在很多方面還有短板，很多情況下受制于人。因此把國家需求放在第一位，是每位科研工作者首先要考慮的。”
文 ｜ 《中國科學報》 記者 陳歡歡；《中國科學報》 (2025-03-27 第1版 要聞)
責任編輯：向太陽
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