梅剛華二十多年做好一件事——為北斗系統(tǒng)裝上“中國心”

中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所研究員梅剛華領導的課題組，是我國最早開展星載原子鐘研究的團隊。經(jīng)過20多年的潛心技術攻關，他們的成果獲國家科技進步特等獎1項，國家技術發(fā)明二等獎1項，軍隊科技進步一等獎1項。

        作為我國星載原子鐘技術的開創(chuàng)者、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)星載原子鐘的主要研制者，梅剛華成功研制了我國完全自主知識產(chǎn)權的星載銣原子鐘，為北斗裝上“中國心”。

        用專注詮釋科學家的工匠精神

        什么是科學家的工匠精神？梅剛華認為：“天上不會掉餡餅，做科學工作，心態(tài)一定要靜下來，要肯花時間專注地做好每一件事情?！?/p>

        衛(wèi)星導航系統(tǒng)通過衛(wèi)星與用戶間無線電信號傳播時間測量來確定用戶的三維位置坐標。如果能將光束傳播1米距離的時間測準，系統(tǒng)就具備了1米的定位精度。這種精度的時間測量只能用原子鐘來完成，所以星載原子鐘是導航衛(wèi)星的心臟，對系統(tǒng)的定位導航精度有決定性影響。

        梅剛華用了20多年專注地做好了一件事，為中國的導航衛(wèi)星做最好的“心臟”，為北斗裝上了“中國心”。

       上世紀90年代, 我國制定了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。當時，星載原子鐘技術僅為少數(shù)西方國家所掌握，在我國屬于技術空白。

        能否實現(xiàn)原子鐘技術突破，關系到我國北斗系統(tǒng)建設的成敗。而星載原子鐘機理復雜、技術難度極大，要實現(xiàn)從無到有的突破，其難度可想而知。

       原子鐘的核心部件微波腔只有一個膠卷大小，要在里面特定位置打幾個槽，寬度是多少，深度是多少，當時沒有計算機模擬仿真技術，梅剛華只能一點點地嘗試，一個個地摸索，幾抽屜的試驗品都是他在無數(shù)個日日夜夜、反反復復的實驗中打磨出來的。

       終于，他憑借著不服輸?shù)木髲?，成功研制了開槽管微波腔，奠定了銣鐘高穩(wěn)定度和小型化技術基礎。國內(nèi)權威專家認為該技術是我國科技工作者在原子頻標方面作出的“不可多得的創(chuàng)新性貢獻”。

       攻克第一道難關后，梅剛華又把目標鎖定在銣光譜燈上，這是銣鐘的另一個核心部件。通常的譜燈光強起伏大，銣樣品消耗快，無法在衛(wèi)星的真空環(huán)境下工作。梅剛華帶領團隊通過無數(shù)次試驗，發(fā)明了一種新型光譜燈，能夠在真空條件下長期穩(wěn)定工作，克服了限制銣鐘壽命和衛(wèi)星環(huán)境適應性的主要障礙。

       20年實現(xiàn)由空白到領跑

       星載原子鐘不僅有極高的精度要求，還有苛刻的壽命、可靠性和衛(wèi)星環(huán)境適應性的要求。

       1997年梅剛華承擔國內(nèi)第一個星載原子鐘預研項目的時候，我國的銣原子鐘精度比國際水平差了兩個數(shù)量級，壽命、可靠性和衛(wèi)星環(huán)境適應性則完全沒有設計概念，一切都需要從零開始。

       梅剛華和他的團隊20年如一日，一步一個腳印，先后研發(fā)出三代星載銣原子鐘產(chǎn)品，實現(xiàn)了我國星載銣原子鐘技術從跟跑、并跑到領跑的發(fā)展。

        2004年，北斗二號衛(wèi)星系統(tǒng)進入工程建設階段，高性能星載原子鐘受到歐美發(fā)達國家禁運，引進受挫，成為北斗工程關鍵技術瓶頸。

        梅剛華帶領團隊在前期技術攻關的基礎上，在不到兩年時間里，研制出第一代具有完全自主知識產(chǎn)權的星載銣鐘正樣產(chǎn)品，核心指標達到國際先進水平。隨著北斗三號全球衛(wèi)星系統(tǒng)建設啟動，他們很快研制出第二代星載銣鐘工程產(chǎn)品，主要指標提高了近5倍，使這顆“中國心”具備了與世界最高水平相當?shù)膹姶竽芰俊?/p>

        此后，梅剛華在國內(nèi)首次提出高精度星載銣原子鐘研發(fā)計劃，并于2016完成，使我國星載銣鐘技術達到國際領先的水平。

       不忘初心繼續(xù)前行

       回想20多年前，梅剛華在導師朱熙文老先生的殷切期望下，毅然立志研制中國最好的星載原子鐘，這顆火熱的“初心”一守就是20余年。

       作為已經(jīng)取得諸多成就的國內(nèi)原子鐘領域知名專家，梅剛華沒有放松對自己的要求。怎樣才能把銣鐘做得體積更小，重量更輕，精度更高……一個又一個問題，他自問自答，在無數(shù)次枯燥無味的實驗中，在堆滿了試驗品的倉庫中，他和團隊默默地尋找著答案。

        如今，高精度的時間頻率信息成為眾多信息系統(tǒng)的關鍵要素，對原子鐘的應用需求也越來越多。梅剛華的研究團隊瞄準目前國際上原子鐘的主要發(fā)展趨勢，在高性能銣原子鐘領域又取得了新的突破。

       去年，他帶領團隊研制出一種超高精度星載銣原子鐘，再次刷新了銣原子鐘的性能指標。團隊還以這些攻關成果為基礎，開發(fā)出一系列星載銣原子鐘，可以滿足不同衛(wèi)星平臺、不同載荷的需要，形成“型譜化”產(chǎn)品。

      “中國心”星載原子鐘承載著中國衛(wèi)星導航事業(yè)的發(fā)展，承載著梅剛華一生的愿望。心之所向，樂此不疲，他正不斷前行。