揭秘!北斗卫星导航系统的“心脏”是这样研发出来的

本文转自:人民政协报
仰望星空 , 北斗璀璨 。2020年7月31日 , 中国北斗三号全球卫星导航系统正式开通 。北斗系统的定位功能建立在时间的精准测量之上 , 原子钟被称为是导航卫星的心脏 。梅刚华团队踔厉奋斗、呕心沥血 , 让这颗“心脏”生机勃勃 。本版刊发著名作家黄传会报告文学新作 , 讲述梅刚华与北斗的故事 。
揭秘!北斗卫星导航系统的“心脏”是这样研发出来的
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▲梅刚华研究员在工作

采访我国著名原子钟专家、中科院精密测量科学与技术创新研究院(简称精密测量院)的梅刚华研究员 , 我们却是先从文学聊起的 。
“黄老师 , 我知道您是写报告文学的 , 我喜欢报告文学 。”
“哦?”我有点儿意外 。
【揭秘!北斗卫星导航系统的“心脏”是这样研发出来的】“我读过徐迟的《歌德巴赫猜想》 。”
“那是什么时候?”
“四十多年前 , 我还没有上大学 。读了这篇文章 , 陈景润的故事 , 徐迟的文笔给我留下终生难忘的印象 。”
我问:“是不是从那时候开始 , 您就想做陈景润那样的科学家?”
梅刚华笑了 , “那么大的雄心壮志倒没有 。不过 , 那篇文章对我下决心考大学起了很大作用 。”
优秀的文学作品是能陶冶情操 , 激励人生的 。徐迟那篇风靡一时的报告文学 , 激励了一代学子献身祖国的科学事业 。梅刚华就属于这一代人 。
梅刚华1955年出生于湖北黄陂县(现在的武汉市黄陂区) , 父母是县城里做竹器的工匠 , 小时候就喜欢动手动脑 , 帮大人干些简单的竹器活 。读小学时和同伴一起去钓鱼 , 他的渔具全部是自制的 , 包括鱼竿和鱼篓 。大一点了 , 他对无线电产生了兴趣 , 初中时就自己动手装了只矿石收音机 , 高中时已经能做便携式单管收音机了 。1974年高中毕业后下乡当知青 , 到农村劳动锻炼 , 后来又在第一冶金建设公司当了两年工人 。1978年考入武汉大学物理系 。本科4年 , 研究生3年 , 学的都是半导体专业 。
1985年 , 梅刚华硕士毕业 , 分配到中科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) , 开始接触原子钟 。武汉物数所是专业化从事原子钟研究的单位 , 为我国原子钟技术发展做出过重要贡献 。但在20世纪80年代中后期 , 由于国际国内形势变化 , 原子钟研究经历了一段困难时期 。1987年 , 梅刚华转向基础研究 , 研究激光与原子束相互作用机理和技术 , 凭着这方面的研究成果获得了博士学位 , 当上了研究室副主任 。10年的积淀 , 他练就了扎实的原子分子物理理论和实验功底 。这是做原子钟研究必备的基本功 。
20世纪90年代 , 我国北斗卫星导航系统工程立项 , 原子钟发展迎来了难得的机遇 。这是因为 , 北斗系统的定位功能是建立在时间的精准测量之上的 , 按北斗工程总设计师孙家栋院士的说法 , 原子钟是导航卫星的心脏 。做不出原子钟 , 北斗系统就建不成 。
国家有关部门决策 , 立即开展星载原子钟技术研究 。
通过激烈的竞争 , 武汉物数所拿到研究任务 , 便立即重建原子频标研究室 , 组建星载铷原子钟研究组 。时任研究所所长叶朝辉院士亲自点将 , 由梅刚华出任研究室主任和研究组组长 。
这是国内第一个星载原子钟国家重大项目 。物数所作为抓总单位负责原子钟总体设计和物理系统研制 , 航天五院504所负责电路系统研制 。
导航卫星用的星载原子钟 , 是原子钟中的极品 。不仅精度要求高 , 还要满足小型化、低功耗、可靠性、寿命和卫星环境适应性的苛刻要求 , 技术难度极大 。当时掌握星载铷原子钟技术的国家只有美国和瑞士 。