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爲建設世界獨一無二的授時系統

--記國家授時中心主任張首剛

發表日期:2020-09-14來源:科學網放大 縮小

  夜晚的临潼骊山脚下,秦始皇兵马俑博物馆东的中國科學院国家授时中心园区内,我国唯一、专门、全面从事时间频率基础研究和应用研究的一支科研队伍,夜以继日地与时间赛跑。

  张首刚,是这支科研队伍的主心骨、领头雁。只要没出差,他辦公室的灯总是凌晨时分才悄悄熄灭。

  他,率真、不做作,執著鑽研,诠釋著陝西人“生冷蹭倔”的典型性格特征。

  赤子心

  今年54岁的张首刚,现任中科院国家授时中心主任、中科院时间频率基准重點實驗室主任,兼任中国科学技术重大专项北斗卫星导航总体组专家成员、国家重大科技基础设施建设中长期发展规划专家组成员。

  “对基础物理和国际时间计量有重要贡献。”法国光学学会主席C. Fabre曾在张首刚的巴黎第六大学博士论文答辩的书面评语中写道。

  1986年张首刚考入西北大学理论物理专业;1990年大学毕业后,来到中國科學院国家授时中心(原中國科學院陕西天文台)攻读硕士学位。1993年获得天体测量与天体力学专业硕士学位的他,分配到中国计量科學研究院,在北京安了家。

  高精度時間頻率是一個國家的戰略資源,但上世紀90年代我國的時間頻率科研和應用水平還不能較好滿足國家需求。1997年,張首剛在巴黎天文台時間頻率基准實驗室進修期間,真切感受到國外時頻技術與國內的差距,隨即從1998年起在巴黎六大攻讀量子物理專業博士學位,2003年畢業後被巴黎天文台聘爲助理工程師。

  在國際一流的時間頻率實驗室學習和工作七年期間,張首剛獨立完成改造世界第一台铯原子噴泉鍾(法國基准鍾FO1)。至今,其主要性能居世界領先地位。

  遠隔千裏,也隔不斷對祖國的記挂。在留法期間,他作爲骨幹,也參加了我國第一台铯噴泉原子鍾研制,解決了多項技術難題。2007年,該成果曾獲國家科技進步獎一等獎。

  2005年,39歲學成歸國的他,離開在京的家人,只身來到當時較落後的陝西臨潼,又回到國家授時中心,開辟原子鍾及其應用研究領域。

  十五年來,他創建的量子頻標研究室從三間空白的房間發展成爲擁有6000余萬元儀器裝備、固定人員128人,有諸多拔尖人才,還有2名諾貝爾物理學獎獲得者等外籍客座研究員,成爲國內外有一定影響的實驗室。

  2009年,在中科院重點實驗室申请评审中,该实验室以学科组第一名的成绩直接跃升为中科院重點實驗室。

  追夢人

  張首剛是一個思維活躍到有點發散的人,熟悉他的人會說他思維又“漂移”了。但是同學科的人聽多了,發現“飄來飄去”總也飄不出“時間頻率”這個中心話題。

  作爲我國目前時頻領域唯一“傑出青年基金”獲得者,歸國以來,張首剛帶領團隊成功研制了30天以上連續運行能力和頻率穩定度性能國際前三的冷原子铯噴泉鍾裝置,國際上首次全面精確測量了锶原子四種同位素5s5s1S0--5s5p3P1組間躍遷頻率的完整光晶格冷原子锶光鍾裝置,研制了國內首套千公裏級通信光纖遠程時頻信號傳遞系統、高效頻率糾纏光源,並在國內首次實現飛秒精度量子時間同步原理演示驗證等,一舉構建了我國“新一代時間頻率系統”。

  另外,作为中國科學院大学时间频率教研室主任,他组织开设了《时间频率原理与应用》《导航与通讯》《量子频标》三门课程,任首席教师负责主讲“量子频标”课程,指导硕博士研究生53人。近五年指导的研究生21人次获各类奖学金,并获中科院“朱李月华”优秀教师称号。

  在深耕專業的同時,張首剛從學科發展與國家安全及發展需求戰略思考,在2010年,提出建設高精度地基授時系統,構建我國立體交叉授時系統的構想。

  2016年“十三五”國家重大科技基礎設施項目“高精度地基授時系統的研制”立項。

  張首剛研究員

  張首剛研究員(右)在作试验

  2015年以來,張首剛擔任了國家授時中心主任。他帶領班子搶抓機遇,科學布局,積極參加國家綜合科學中心的北京國家太空實驗室地面試驗基地建設和合肥量子信息與計算國家實驗室建設;國家授時中心西安科學園新區已開工建設,高樓拔地而起,爭取到省市對“高精度地基授時系統”大科學裝置及新園區建設支持的地方配套項目8億元。

  與此同時,“1603工程”“十二五”科教基礎設施“精密導航定位與定時技術研究平台項目”及園區基礎設施一期工程、“十三五”科教基礎設施“空間時頻技術研發與應用研究平台”、“十三五”科教基礎設施項目“研究生教育設施”等也在有條不紊地推進中。

  作爲首席科學家和總師,張首剛聯合國內十幾家單位共同承擔著空間站高精度時間頻率實驗櫃研制工作,作爲總師負責“十三五”國家重大科技基礎設施項目高精度地基授時系統的研制任務。

  另外,2019年他與企業合作,采用先進的原子態激光抽運方案,實現了性能領先的國際首台光抽運小铯鍾産品,部分産品已應用守時、通信、電力和國防領域,保障了我國高精度時間頻率標准信號産生和應用的自主性及安全性。

  “不看一看,實在放心不下!”出差回所,不管多晚,他都會回到實驗室看看。成果的背後是艱辛的付出。五年來,張首剛幾乎沒有休息日,在白晝和黑夜間輪替。周圍人都覺得他精力充沛,從不生病,但他辦公桌的一個抽屜裏塞滿了散落的藥。

  他愛喝咖啡,要濃得發苦,只爲提神。爲了工作奮不顧身,卻把深深的愧疚藏在心裏,那是張首剛對妻女無法彌補的愛。

  常年这么干不累吗?他总是说,为了保障我国高精度时间频率标准信号产生和应用的自主性及安全性,已经顾不上累。国家时间频率体系建设,对科學研究、经济发展和国家安全有着重要的应用价值,所能做的就是尽个人的最大努力,做最前沿的研究,做最准确的原子钟,为国家打造最先进的授时系统。

  耕耘裹著汗水,終結出碩果,變成了國家授時中心跨越發展的見證。

  2019全國時間頻率學術會議上,張首剛表示,5年內,中國將建成獨一無二的立體交叉授時系統。

   (白浩然 张行勇)

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/9/445448.shtm?bsh_bid=5549719563

 
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