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“時(shí)間工匠”研發(fā)銫原子鐘 成都制造守住“北京時(shí)間”

發(fā)布時(shí)間:

2021-09-15


  趙杏文,女,25歲起加入成都天奧電子股份有限公司從事銫原子鐘研究,歷時(shí)8年研發(fā)了全球首款商品型激光抽運(yùn)型銫原子鐘,今年的五一國(guó)際勞動(dòng)節(jié),成都市總工會(huì)授予她“成都市五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?rdquo;。
  如果科研是一趟旅行,在這個(gè)過(guò)程中,有人相伴,有人離去,她卻一個(gè)人走完了全程。她就是趙杏文,來(lái)自成都的一名量子物理工程師。
  一身休閑裝、個(gè)子小巧,還在哺乳期的趙杏文,身上散發(fā)出女性的溫柔。而在科研領(lǐng)域,她卻是堅(jiān)持不懈的“時(shí)間工匠”。
  2009年,從四川大學(xué)原子與分子物理研究所畢業(yè)后,25歲的趙杏文加入成都天奧電子股份有限公司從事銫原子鐘研究。去年,她和團(tuán)隊(duì)歷時(shí)8年研發(fā)了全球首款商品型激光抽運(yùn)型銫原子鐘,一舉打破了過(guò)去半個(gè)世紀(jì)的僵局,讓“北京時(shí)間”不再由美國(guó)定義和校準(zhǔn),引發(fā)了網(wǎng)友熱烈討論。
  目前,由他們所研發(fā)的銫原子鐘已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。這也意味著,今后,“北京時(shí)間”將不再由美國(guó)銫原子鐘來(lái)保持,真正實(shí)現(xiàn)了成都制造守住“北京時(shí)間”。為了表彰她在科研上的貢獻(xiàn),今年的五一國(guó)際勞動(dòng)節(jié),成都市總工會(huì)授予她“成都市五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)?rdquo;。
  打破技術(shù)壁壘誓將守住“北京時(shí)間”
  每天晚上,當(dāng)新聞聯(lián)播前奏開(kāi)始播放時(shí),人們都會(huì)有著心照不宣的默契,“哦,7點(diǎn)了。”
  大家都知道時(shí)間是連續(xù)的和流逝的,一分一秒不能中斷的;但是很多人卻不知道,守住時(shí)間的工作,就是由銫原子鐘來(lái)完成的。
  作為一種精密的計(jì)時(shí)器具,日常生活中使用的時(shí)間準(zhǔn)到1分鐘也就夠了。隨著技術(shù)的發(fā)展,通信、電力甚至軍事等領(lǐng)域,對(duì)時(shí)間的要求更高,甚至要精準(zhǔn)到百萬(wàn)分之一秒,千萬(wàn)分之一秒。為了適應(yīng)這些高精度的要求,人們制造出了一系列精密的計(jì)時(shí)器具,銫原子鐘就是其中的一種。
  趙杏文說(shuō),這種鐘的穩(wěn)定程度很高,最好的銫原子鐘達(dá)到2000萬(wàn)年才相差1秒。在國(guó)際上,普遍采用銫原子鐘的躍遷頻率作為時(shí)間頻率的標(biāo)準(zhǔn),廣泛使用在天文、大地測(cè)量和國(guó)防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域中。
  “很多人不知道,我們經(jīng)常說(shuō)的北京時(shí)間背后的銫原子鐘,其實(shí)是來(lái)自于美國(guó)。”趙杏文告訴記者,目前,全世界的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間都是由磁選態(tài)銫原子鐘提供和保持的。因工藝、材料等原因,只有美國(guó)和瑞士能夠生產(chǎn)。包括北京時(shí)間在內(nèi),全世界90%的“時(shí)間”都是由“美國(guó)造”HP5071銫原子鐘來(lái)守時(shí)。
  “沒(méi)有自己時(shí)間工具,最后只能受制于人。”趙杏文說(shuō),由于國(guó)外的技術(shù)封鎖,中方在采購(gòu)時(shí)會(huì)遇到很多附加條件。而一旦出現(xiàn)故障,也必須要向外國(guó)求助。這種情況下,自主研發(fā)出中國(guó)人自己的銫原子鐘就成為當(dāng)務(wù)之急。
  為了打破國(guó)外壟斷,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白,2009年成都天奧電子股份有限公司開(kāi)展銫原子鐘研發(fā),剛?cè)肼毜内w杏文加入了銫原子鐘研究團(tuán)隊(duì),并逐漸成長(zhǎng)為項(xiàng)目骨干。與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)一起,申請(qǐng)到了國(guó)內(nèi)原子鐘領(lǐng)域第一個(gè)“國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)”立項(xiàng)支持項(xiàng)目。
  每天要花3小時(shí)逐一檢查150根線纜
  2009年,從四川大學(xué)原子與分子物理研究所畢業(yè)后,25歲的趙杏文開(kāi)始真正進(jìn)入原子鐘的研究領(lǐng)域。
  自認(rèn)為是專業(yè)對(duì)口的她,一開(kāi)始就有點(diǎn)傻眼了。“電路、電阻、萬(wàn)用表、示波器是什么都不知道。”趙杏文坦言,之前在學(xué)校做的都是理論研究,真正到了實(shí)戰(zhàn),卻發(fā)現(xiàn)完全不是這么回事。
  她當(dāng)時(shí)的老師項(xiàng)俊騏發(fā)現(xiàn)這個(gè)學(xué)物理的女徒弟“上手挺快”,碰到不懂的就問(wèn),不管是裝機(jī)、拆螺釘?shù)拇只睿€是調(diào)試電路的精細(xì)活,趙杏文什么都搶著做。跟著他學(xué)習(xí)的一年多時(shí)間,趙杏文已經(jīng)可以自己設(shè)計(jì)電路模塊。
  “其實(shí)都是私底下用功。”趙杏文坦言。就在趙杏文他們一門(mén)心思要攻克這個(gè)困擾了中國(guó)半個(gè)世紀(jì)的難題時(shí),競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也在前赴后繼地出現(xiàn)。
  當(dāng)時(shí),各國(guó)都在研究新型的激光抽運(yùn)銫原子鐘,從而規(guī)避磁選態(tài)銫原子鐘無(wú)法逾越的材料和工藝問(wèn)題,但尚未有成品面世。
  2013年12月,趙杏文和團(tuán)隊(duì)成功突破技術(shù)瓶頸,率先制造出了原理樣機(jī)。“其實(shí)關(guān)于激光抽運(yùn)技術(shù)的原理大家都知道了。關(guān)鍵就是環(huán)境適應(yīng)性。”為此,她和團(tuán)隊(duì)還來(lái)不及沉浸在興奮中,便開(kāi)始馬不停蹄地進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)試驗(yàn)。
  “銫原子鐘猶如電腦主機(jī)大小,內(nèi)部有個(gè)關(guān)鍵零部件——激光系統(tǒng)。”趙杏文說(shuō),這個(gè)系統(tǒng)極其“敏感”,對(duì)外部的溫度、振動(dòng)、電磁干擾、靜電等要求非常高。
  這套激光系統(tǒng)是由大大小小三十個(gè)精密零部件組成,每個(gè)造價(jià)不菲。”趙杏文說(shuō),如果雙手不小心觸摸到,系統(tǒng)有可能當(dāng)下就報(bào)廢。這也意味著,幾十萬(wàn)的設(shè)備就報(bào)銷了。為了反復(fù)測(cè)量產(chǎn)品的穩(wěn)定性,趙杏文每天要在實(shí)驗(yàn)室待上至少8個(gè)小時(shí),其中要花上3個(gè)小時(shí)逐一確認(rèn)每一臺(tái)整裝設(shè)備內(nèi)的150根線纜、9路電源有沒(méi)有接錯(cuò),調(diào)試15個(gè)電路模塊。
  隨著產(chǎn)品越來(lái)越穩(wěn)定,已經(jīng)懷上了寶寶的趙杏文還是不放心,一直堅(jiān)持“戰(zhàn)斗”到臨產(chǎn):今年1月26號(hào)生下寶寶,1月23日她才開(kāi)始正式休假。
  科研之路苦澀伴常伴八年煉成“時(shí)間工匠”
  經(jīng)過(guò)4年時(shí)間的反復(fù)改進(jìn),2017年,工程樣機(jī)終于出爐了。
  趙杏文說(shuō),目前,由她所在的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的銫原子鐘已經(jīng)生產(chǎn)了三批工程樣機(jī)。科研的道路,從來(lái)都不是一路鮮花,過(guò)程中伴隨著苦澀和沮喪。趙杏文說(shuō),他們所做的事情之前從來(lái)沒(méi)有人做過(guò),在從事研究時(shí),能夠參考查閱的資料極少。這對(duì)團(tuán)隊(duì)的原創(chuàng)性要求很高。
  “完全做一個(gè)自主研發(fā)的產(chǎn)品,如果遲遲沒(méi)有成功,從心理上,也是一種傷害。”趙杏文坦言。
  過(guò)程中有人因工作枯燥、辛苦、不能很快出成果而離開(kāi)了,但又有喜歡挑戰(zhàn)的人加入了。在項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程中,見(jiàn)證了全程的,最后只剩下了趙杏文自己。
  “曾經(jīng)一度,我也差點(diǎn)放棄了。”
  在最沮喪的某一天晚上,趙杏文坐著公交偶然在公司樓下下了車。
  看著曾經(jīng)奮斗過(guò)的實(shí)驗(yàn)室,還有她們嘔心瀝血研發(fā)出來(lái)的零部件,往事歷歷在目,“還是舍不得就這么放下。”回憶起此前的經(jīng)歷,這個(gè)身材小巧的工程師,內(nèi)心蘊(yùn)藏著極大的能量。
  就像一個(gè)執(zhí)著的老農(nóng),被譽(yù)為“時(shí)間工匠”的趙杏文還是迎來(lái)了收獲的時(shí)刻。“第三批次的工程樣機(jī)出來(lái)之后,反復(fù)確認(rèn)了,懸著的心終于落下來(lái)了。”趙杏文透露,產(chǎn)品合格率高,意味著他們研發(fā)的銫原子鐘已經(jīng)成為一款成熟產(chǎn)品。隨著時(shí)間推移,人員更迭,現(xiàn)在已經(jīng)形成了一支穩(wěn)定的銫原子鐘科研團(tuán)隊(duì),接下來(lái)他們還將繼續(xù)研發(fā)小型化、高性能、車載型以及星載型銫原子鐘。“科研的路上沒(méi)有終點(diǎn),我已經(jīng)做好了準(zhǔn)備。”趙杏文說(shuō)。

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