在信息化時代的今天,大到國家的運轉、小到人們的日常生活都須臾離不開時間這個參數,然而,很少有人知道中國的標準時間、標準頻率的信號每天源源不斷地來自我國版圖中央的一個地方,這就是坐落在陝西渭北高原蒲城縣的國家授時中心授時部。
國家授時中心授時部地處陝西省蒲城縣城西,四座200多米的鐵塔直矗雲霄,還有壯觀的天線群和發射機房,這些設施一直有解放軍駐守,後來是一個武警中隊。很久以來,周邊的老百姓都知道這是保密單位,有個代號叫「326」。上世紀八十年代以後,這個中國的授時臺才逐漸為人所知。
u歷史:從陝西天文臺二部到授時部
中國現代無線電授時發端於二十世紀五十年代中國科學院紫金山天文臺徐家匯觀象臺的BPV時號,由於其地處東南一隅,難以適應國家大規模經濟建設(特別是大地測量)的需要。1955年全國科技發展12年遠景規劃中,將籌建「西北授時臺」列為重點項目。
1965年,國家科委在「我國的綜合時號改正數」鑑定書中再次提出「從戰略上考慮,建議中國科學院在西部地區從速增設一個授時臺」。在「651」計劃(發射人造地球衛星計劃)的「時間統一勤務系統初步方案」中,國防科委明確提出「在西安地區建立短波授時臺,以滿足第一顆人衛的需要」的建議,同時提出建立我國長波、超長波授時電臺的問題。為此,國家科委於1965年12月12日在科學會堂主持召開「為備戰需要應迅速在我國內地建立授時臺(時間與頻率發訊臺)問題座談會」,會議認為:西北授時臺應立即由中國科學院負責進行籌建。
1966年3月,中國科學院決定在陝西省關中地區籌建授時臺,工程代號為「中國科學院326工程」。1966年11月19日,國家科委批覆中國科學院建設陝西天文臺。326工程最後選址定於陝西省蒲城縣,籌建工作由中國科學院西北分院負責,技術工作由上海天文臺負責,主要技術力量從上海天文臺、北京天文臺、紫金山天文臺抽調支援。
1968年8月,中國科學院在蒲城召開326工程業務方向論證會,進一步明確326工程以授時為中心,開展世界時、原子時研究;當前採用短波發射時號,並原則採用中等功率的短波發射時號;世界時測時所需儀器設備(光電中星儀、光電等高儀、照相天頂筒等)由南京天文儀器廠等單位合作研製。
短波授時系統主要由時間基準系統、授時發播控制系統、發播系統、供配電和供水系統等組成。短波授時臺1970年基本建成,經周恩來總理親自批准於1970年12月15日開始試播。1973年根據遠洋授時任務需要進行擴建,增加了遠洋授時天線群,發射機由4臺增加到13臺,最大發播功率增加到150KW。1980年系統通過國家級技術鑑定,並開始執行國家任務。1981年經國務院批准後正式開始我國短波授時服務。1995年對短波授時系統進行了搬遷暨技術升級改造,現短波授時臺每天以四種頻率連續24小時發播標準時間、標準頻率信號。
七十年代初,為了適應我國空間技術發展的需要,經原國防科工委和中國科學院共同商定,國務院批准在陝西天文臺增設微秒量級的高精度授時系統——長波授時臺(BPL),1973年4月28日,中國科學院等四部委聯合向國務院上報關於建設「長波授時臺」的申請,得到國務院批准,並由中國科學院抓總建設,工程代碼為「3262工程」。該工程調動全國近四十個單位科研人員,參加工程的研究攻關工作。1978年中功率長波臺建成試播, 1983年大功率長波臺聯調成功並開始授時服務,1986年通過國家級技術鑑定。長波授時臺的建成使我國陸基無線電授時服務手段達到國際先進水平,該項成果榮獲1988年國家科技進步一等獎,並作為國家重大科技成果參加了建國35周年天安門慶典活動。
八十年代初,考慮到時間比對工作收發訊等技術要求,以及授時信號監測和國際合作等需要,陝西天文臺將天文觀測、時間基準、研究機構和管理機關遷往臨潼,蒲城成為以長短波授時臺為主的陝西天文臺二部,至2001年改稱「中科院國家授時中心授時部」。
u現狀:多波段的時號發播
目前,蒲城授時部有BPM短波授時臺、BPL長波授時臺、BPC低頻時碼試驗臺、發播監控室和動力站(維護一座35KV專用變電站和11千米10KV高壓線路)。
BPM短波授時系統採用四種頻率(2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz)同時保證三種頻率每日24小時連續不間斷地發播協調世界時UTC和世界時UT1秒信號及標準頻率信號。我國地域遼闊、海岸線綿長,且為發展中國家,目前階段來看,短波授時仍然是經濟實用的毫秒級精度的授時手段,國家授時中心的短波授時手段在國防、電力、測繪、地震、通訊等領域擁有眾多用戶。
BPL長波授時系統以載波頻率100KHz從13:30至21:30每天8小時發播授時信號。長波授時以微秒量級的高精度定時精度在航天、國防、電力、通信等領域擁有重要固定用戶。BPL長波授時系統建於二十世紀七十年代,由於受國外技術封鎖和國內工業製造水平和其它條件限制,存在固有缺陷,發射系統採用的是電子管發射機,技術落後,設備老化,不能24小時連續發播,制約了系統性能的發揮,也限制了系統功能和信息量的增加,同時,二十幾年的連續運行也累積形成了一些安全隱患。2006年,經中國科學院批准開始對其進行現代化技術改造,計劃2009年改造完成,實現連續24小時發播,並增加時碼和差分導航等信息發播,同時研製相應的小型便捷數位化接收設備。
上世紀九十年代,國家授時中心與企業聯合在蒲城建設了「BPC低頻時碼試驗發播臺」,發射功率50千瓦,與BPL長波臺共用一副天線,進行68.5KHz低頻時碼發播試驗,2007年,已經在河南商丘建成連續發播的新低頻時碼授時臺。用戶可接收全時碼信息,定時精度亞毫秒量級,電波鐘表就是其終端產品之一。
長、短波授時系統自七十年代初正式承擔我國標準時間、標準頻率發播任務以來,為我國國民經濟發展、國防建設、國家安全等諸多行業和部門(如大地測量、地震監測預報、地質礦產勘探、電力傳輸、交通、通信、科學研究等)提供了可靠的高精度授時服務,基本滿足了國家的需求。特別是為以國家的火箭、衛星發射為代表的航天技術領域和國防試驗做出了重要貢獻。系統建成三十多年來,為國家培養了一支時間頻率研究的科技隊伍,取得科技成果獎130多項,完成了一百多次重大火箭、衛星發射任務的時間保障,多次受到國家有關部門嘉獎。
u未來:天地結合、立體授時
高精度授時校頻信號廣泛應用於測繪、地震、交通、通信、金融、電力、氣象、地質、信息安全、空間技術等諸多行業和部門,特別是在以衛星發射、火箭試驗為代表的航天技術領域,對高精度時間系統有著十分重要的需求。
自二十世紀九十年代開始,以GPS全球定位系統為代表的衛星授時技術迅速發展,能夠提供高精度遠程無線電時間比對和頻率校準的手段已呈現多元化。我國也在積極發展自主的衛星導航定位和授時系統。但是,我們也清醒地看到衛星授時存在的技術風險和安全風險,如GPS信號易於受到非故意的人為幹擾(如電視信號發射)和自然幹擾(如太陽磁暴);也易於受到故意的幹擾(如信道阻塞);要接收GPS信號衛星必須在視野之內,導致在城市建築群、峽谷和叢林等環境下的可用性下降。另外,GPS、GLONASS等系統掌握在別國手中,其安全風險不可低估。從世界範圍看,近年來,美國、俄羅斯和歐盟等都在重新評價陸基導航授時系統的作用,並持續增加對陸基系統的投入。
在這種情況下,可以預見未來相當長時間,BPL、BPM長短波陸基無線電授時系統依然是我國主要的自主授時手段,因此,對其進行現代化技術改造完全必要和適合,其作為我國授時體系的重要組成部分,必將繼續發揮不可替代的作用,為國民經濟發展和國防現代化建設作出貢獻。
長短波授時系統在穩定發播基礎上,對其不斷完善和改進,更新升級發播及控制系統,增加發播信息量,實現連續發播,擴大覆蓋疆域,以保證在我國完備的衛星系統建成之前,為國家提供可靠的高精度授時保障。在衛星系統建成之後,以BPL和BPM為主的無線電陸基系統授時系統與之相互冗餘,構成導航、定位、授時的組合系統,形成天地結合、全方位立體的國家時間服務體系。