「國家利益到了深海，我們授時就得到深海;國家利益到了火星，我們授時就得到火星。」近日，在北京舉行的2019全國時間頻率學術會議上，中國科學院國家授時中心主任張首剛表示，未來5年內中國將建成世界上獨一無二的立體交叉授時系統，目前在世界上尚無類似計劃。
為什麼要建立體交叉授時系統?這個系統建成後會帶來哪些變化，對市民生活有何影響?10月13日，華商報記者就此採訪了張首剛主任。
「北京時間」是在西安市臨潼區產生的
華商報：什麼叫授時系統?什麼叫授時精度?
張首剛：授時就是把國家標準時間，通過有線和無線的技術手段發播給用戶。發播授時信號的物理裝置，就是授時系統。形式有很多種：有線可以通過電纜、電話線、通信網絡和專用光纖等傳遞時間信息;無線可以通過短波、長波、雷射，還可以通過衛星等，通過電磁波傳播時間信息，將來可能通過量子技術實現更高精度和更安全的時間傳遞。採用不同的技術，可以滿足不同用戶在不同環境下對於授時的要求。我國的標準時間叫北京時間，但其產生和發播任務，是由地處西安市臨潼區的中國科學院國家授時中心擔負的。
一般市民對時間精度要求並不高，但在很多領域必須依賴高精度的時間。比如，電力系統各站點之間要進行時間同步，時間精度要求達到微秒(百萬分之一秒)級。若山裡的某個電力塔被雷擊了，不可能滿山去尋找，通過時間系統就可以確定其位置。再比如，通信對時間的精度要求原來是幾十微秒，現在是要達到百納秒水平，只有這樣才能把信息速度提高，如5G和將來的6G通信。而金融的國際數據交換，差一分或差一秒，市場的波動、股票的波動可能就會很大經濟影響。在衛星導航方面，差一秒就會相差30萬公裡的距離誤差。
幾十臺原子鐘共同產生「北京時間」
華商報：北京時間是怎麼產生的呢?
張首剛：北京時間是由一套幾十臺守時原子鐘實時比對測量共同產生的，用這些原子鐘產生一個平均時間。為什麼要用這麼多呢?是為了穩定和可靠。但有了這些還不行，時間是全世界的，不是哪一個國家的。那怎麼辦呢?全世界共有五六百臺原子鐘，每天都通過衛星在空中進行比對，比對之後就共同產生了國際原子時。這些原子鐘分布在代表不同國家或地區83的個實驗室，各個實驗室用比對數據來校對自己的時間，通過糾正以後就產生了本地區的標準時間，比如北京時間。
這裡還有一個問題，若國際比對出現中斷怎麼辦?光有守時原子鐘不行，還要有自己的基準鍾。在中國科學院國家授時中心，就有一個冷原子鐘銫噴泉鍾，3000萬年不差一秒。守時鐘用的比較多的是小型銫原子鐘。2018年底前，全世界能生產這種銫原子鐘的，一個是美國獨立生產，另一個是美國和瑞士合作生產。美國已經開始對全世界禁運這種銫原子鐘。不過，現在我們已經研發了全世界最新型的守時用原子鐘，性能比美國還高，解決了卡脖子的問題。
美國提出「授時戰」 授時安全越來越重要
華商報：授時精度對於國家來說有何重要意義?
張首剛：時間頻率是目前測量精度最高的物理量，比其他物理量的測量精度要高四五個量級。要想提高對其他物理量的測量精度，要想高精度檢驗一些基礎理論，包括對引力波的研究以及相對論檢驗、量子物理現象研究等等，都需要通過對時間頻率的測量來實現。所以，現在對時間應用的精度也越來越高了。
時間是一個國家的基本信號，它就好像一個國家跳動的心臟。國家利益到了哪裡，時間服務就必須跟到哪裡。國家利益到了深海，我們授時就得到深海;國家利益到了火星，我們授時就得到火星。
美國之前提出過電子戰、信息站、網絡戰、導航戰，2017年提出了「授時戰」概念，這是他們提出的第五個戰爭形態。所以，授時安全越來越重要。這也催生我們國家必須要建綜合的、立體的、交叉的授時系統。
2018年11月，習近平總書記向在西安舉行的聯合國全球衛星導航系統國際委員會第十三屆大會發來賀信，賀信中指出我國「2035年前還將建設完善更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時空體系」。綜合時空體系就是授時和導航服務體系，導航信息是由時間測量信息導出的。也就是說，將來我們希望在很大的空間範圍都能提供位置和導航信息，都能提供時間信號。
立體交叉授時系統將由三部分有機構成
華商報：立體交叉授時系統將由幾部分構成，授時精度可達到什麼程度?
張首剛：這套立體交叉授時系統主要由北鬥衛星導航系統、中國空間站時間頻率實驗系統、地基高精度授時系統三部分有機構成。
北鬥衛星導航系統星基授時覆蓋全球，授時精度可達到10納秒(1納秒等於十億分之一秒)量級。
中國空間站時間頻率實驗系統將利用光學頻率原子鐘等為覆蓋區提供皮秒(1皮秒等於萬億分之一秒)量級的時間。
地基高精度授時系統是國家「十三五」十項國家重大科技基礎設施研製建設任務之一。其中，地基光纖授時連接全國重要用戶節點，授時精度為100皮秒，將是全世界精度最高、距離最長的光纖授時網;地基長波授時將覆蓋全國國土，重要區域授時精度優於100納秒，同時播發衛星授時差分信息，提高衛星授時精度。
「這個立體交叉授時系統只有我國能建設」
華商報：為什麼說這個系統將是獨一無二的?
張首剛：對於我國來說，這個立體交叉授時系統不完全是新建。在空間，北鬥衛星導航系統已經為亞太提供服務了，明年將建成全球服務系統。中國空間站按計劃是在2022年前後建成。今年年底，我們將開始建設高精度地基授時系統。目前，這樣的立體交叉授時系統也只有我們中國有條件和有能力建設。因為從現在來看，只有我們中國在建設這三套相互獨立、相互融合，並且統一溯源的授時系統，其他國家沒有這樣完整的立體交叉授時系統規劃。
華商報：這個系統建成後會帶來哪些變化?
張首剛：未來這個立體交叉授時系統建成後，將會是星地結合、立體交叉，授時服務統一溯源和相互冗餘。三個授時系統可以同時授時、互補增強，萬一哪個有問題，可以用別的系統替代。屆時，北鬥導航衛星的授時和導航性能會進一步提高，地面有線用戶授時精度也會比現在提高四五個量級，將來依靠地面授時系統就可以實現導航。同時，長距離、網絡化、跨區域重大設施設備之間的時間同步可以提高四五個量級，這對科學研究和國家安全來說意義非常大。對於市民來說，通信速度會進一步提高，電力、金融系統的時間服務也會更加可靠、更加高效。
華商報記者 馬虎振
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