出品:科普中国

制作:李会锦(国家授时中心)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

有这么一座城市,被英国统治了长达155年,直到1997年才回到祖国的怀抱,她,就是香港。

电影《我和我的祖国》中“回归”这一段用艺术的手法,演绎了当年这激动人心的情景。

香港回归交接仪式(图片来源:电影《我和我的祖国》之“回归”)

其中最紧张的情节莫过于,怎样保证香港能够在1997年7月1日0时0分0秒准时回到祖国的怀抱。这需要依靠精准的授时,背后所反映的科技发展,和香港回归一样,也是一个“中国人民站起来了”的故事。

我们必须建立自己的授时系统

有的人可能觉得,确定时间、播报时间没有什么技术含量,也没必要非得自己做,其实不然。授时技术关乎国家的方方面面,2016年1月26日,美国GPS授时出现13微秒误差,持续12小时,导致美国和加拿大警方、消防和EMS的无线电设备停止运转;欧洲电信网络出现故障;英国广播公司电台连续2天停播;英国电网系统也部分出现故障。没有准确的时间,很多社会活动将不能正常进行,我们的生活也会陷入混乱。因此,授时技术对国家的发展是不可或缺的。

新中国成立以后,第一届中国人民政治协商会议第一次会议决议:中华人民共和国的纪年采用世界公历。纪年确定了年、月、日,北京时间确定了时、分、秒。随着中华人民共和国科技、经济等方面的发展,北京时间已经不单单是广播电台的呼号,而是一个系统,这个系统不但有年、月、日、时、分、秒的规定,也有秒以下的规定。秒以下的规定,就要靠现代化的长短波授时系统来实现了。

中国的授时系统是这样发展起来的

一、326工程:短波授时台建设,覆盖全国

新中国的现代无线电授时发端于二十世纪五十年代的中国科学院紫金山天文台的徐家汇观象台的BPV时号,后转由上海天文台负责,该时号每天在固定时段发播时间,满足了当时国家建设的部分需要[5]。

然而,徐家汇观象台地处东南,且不能24小时连续发播,难以适应国家大规模经济建设(特别是大地测量)的需要。因此,急需在内陆建设一个基本覆盖全国的无线电授时台,以满足全国对毫秒级精度的标准时间需求。

1966年6月,中科院决定在陕西省蒲城筹建授时台,代号为“中国科学院326工程”。短波授时台进入实质建设阶段。

短波授时台(图片来源:《北京时间:长短波授时系统》)

1970年,中科院向国务院形成文件请求试播,文件受到了国务院的重视,由周总理亲自批示。同年12月15日,开始试播。1973年8月,中国科学院组织有关专家对BPM短波授时台进行技术审查,并提出扩建建议。1981年7月1日起,BPM短波授时台正式承担发播我国短波时号任务。与此同时,上海天文台停止了BPV时号发播。

我国自主建设的无线电授时系统正式登场。

二、“3262工程”:长波授时台建设,精度达到世界先进水平

BPM短波授时台的建立,使我国具备了连续的、全国土覆盖的高精度授时能力,基本适应了国民经济建设的需要,满足了毫秒量级用户的需求。

然而,继我国第一颗原子弹试验成功后,正抓紧进行人造卫星和战略武器运载工具发射试验准备,急需建立一个完全独立、自力更生的具有更高精度的授时服务体系,以满足国防和国民经济飞速发展的需要,并与国际授时领域迅速发展的新技术接轨。

早在西北授时台的选址过程中,国防部门就建议建立长波、超长波授时台。“651工程”的“时间统一勤务系统初步方案”中把采用长波授时,在西安地区建立以原子时标准为基础的长波授时台列为最佳方案。1972年1月18日,中国科学院以长波授时台作为“326工程”的第二期工程,确定其代号为“3262工程”。

历时十五载,1987年1月2日,国家科委颁发了“长波授时台”国家级鉴定证书。BPL长波授时台由试播转为每天定时发播,正式开始承担我国的长波授时任务。

长波授时台(图片来源:《北京时间:长短波授时系统》)

长波授时系统将我国陆基无线电授时精度由千分之一秒的毫秒量级提高到百万分之一秒的微秒量级,授时精度提高了1000倍,跻身世界先进水平[5]。

它的建立为我国国民经济发展、国防建设、国家安全等提供了可靠的高精度授时服务,满足了国家需求,完成了我国历次“神舟”飞船发射和返回、登月计划和卫星发射等任务的时间测定保障,多次受到国务院的贺电嘉奖[5]。

三、电话授时:精确、方便的语音校时服务

随着计算机及其网络应用的普及,特别是互联网+的应用,授时服务的范围越来越广泛,授时服务的需求逐步呈现高精度、高可靠、高安全的特点,同步计算机时钟已成为时频服务中应用广泛的一个领域。

中国科学院国家授时中心于1998年建成局域电话授时系统,2004年5月,开通标准时间语音报时服务。该项服务的开通为广大用户提供了一种精确、方便的语音校时服务。

电话授时(图片来源:《北京时间:长短波授时系统》)

四、网络授时:让计算机同步国际标准时间

随着互联网的普及,通常每隔两三天,计算机的时间就会产生1秒误差。国家授时中心于2001年建成广域网授时系统。自开通以来,为大量用户提供了校时服务,使用户的计算机显示时间与国际标准时间准确同步。2010年,网络授时服务器应答用户授时请求数全年累计近220亿次,平均每天6000万次[2]。

五、卫星授时:纳秒级的时间比对

我国的北斗卫星导航系统运行后,给我们提供了一种新的授时方法,卫星导航系统体现了时间和位置的相关性,利用精密的时间传递实现定位,然后又提供了一种精密时间传递的方法。卫星导航的授时为用户提供10纳秒量级的标准时间。以卫星导航系统为参考,开发了共视,全视等授时方法,实现了纳秒级的时间比对。

看到这里,相信大家已经对授时有了较为完善的认知,授时技术对一个国家至关重要,随着国民经济的发展,我们对授时精度的要求会越来越高,未来我国的授时系统将呈现“星基为主,多系统兼容”的格局。也期待对授时感兴趣的朋友们投身这一平凡而伟大的工作,我们一起共建更好的授时系统,为祖国的繁荣富强尽一份力。

参考文献:

[1]黄才,赵思浩.国家定位导航授时基础设施现状及能力展望[J].导航定位与授时,2017,4(05):19-26.

[2]华宇,郭伟,燕保荣,徐永亮.我国授时服务体系发展现状分析[J].时间频率学报,2016,39(03):193-201.

[3]葛悦涛,薛连莉,李婕敏.美国空军授时战概念分析[J].飞航导弹,2018(05):11-14.

[4]李晓东.我国授时服务体系发展现状分析[J].中国设备工程,2017(17):197-198.

[5]李孝辉,窦忠,赵晓辉.北京时间:长短波授时系统[M].杭州:浙江教育出版社,2015.12.