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“时间工匠”研发铯原子钟 成都制造守住“北京时间”

发布时间:

2020-09-15


  赵杏文,女,25岁起加入成都天奥电子股份有限公司从事铯原子钟研究,历时8年研发了全球首款商品型激光抽运型铯原子钟,今年的五一国际劳动节,成都市总工会授予她“成都市五一劳动奖章”。
  如果科研是一趟旅行,在这个过程中,有人相伴,有人离去,她却一个人走完了全程。她就是赵杏文,来自成都的一名量子物理工程师。
  一身休闲装、个子小巧,还在哺乳期的赵杏文,身上散发出女性的温柔。而在科研领域,她却是坚持不懈的“时间工匠”。
  2009年,从四川大学原子与分子物理研究所毕业后,25岁的赵杏文加入成都天奥电子股份有限公司从事铯原子钟研究。去年,她和团队历时8年研发了全球首款商品型激光抽运型铯原子钟,一举打破了过去半个世纪的僵局,让“北京时间”不再由美国定义和校准,引发了网友热烈讨论。
  目前,由他们所研发的铯原子钟已经进入量产阶段。这也意味着,今后,“北京时间”将不再由美国铯原子钟来保持,真正实现了成都制造守住“北京时间”。为了表彰她在科研上的贡献,今年的五一国际劳动节,成都市总工会授予她“成都市五一劳动奖章”。
  打破技术壁垒誓将守住“北京时间”
  每天晚上,当新闻联播前奏开始播放时,人们都会有着心照不宣的默契,“哦,7点了。”
  大家都知道时间是连续的和流逝的,一分一秒不能中断的;但是很多人却不知道,守住时间的工作,就是由铯原子钟来完成的。
  作为一种精密的计时器具,日常生活中使用的时间准到1分钟也就够了。随着技术的发展,通信、电力甚至军事等领域,对时间的要求更高,甚至要精准到百万分之一秒,千万分之一秒。为了适应这些高精度的要求,人们制造出了一系列精密的计时器具,铯原子钟就是其中的一种。
  赵杏文说,这种钟的稳定程度很高,最好的铯原子钟达到2000万年才相差1秒。在国际上,普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准,广泛使用在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。
  “很多人不知道,我们经常说的北京时间背后的铯原子钟,其实是来自于美国。”赵杏文告诉记者,目前,全世界的标准时间都是由磁选态铯原子钟提供和保持的。因工艺、材料等原因,只有美国和瑞士能够生产。包括北京时间在内,全世界90%的“时间”都是由“美国造”HP5071铯原子钟来守时。
  “没有自己时间工具,最后只能受制于人。”赵杏文说,由于国外的技术封锁,中方在采购时会遇到很多附加条件。而一旦出现故障,也必须要向外国求助。这种情况下,自主研发出中国人自己的铯原子钟就成为当务之急。
  为了打破国外垄断,填补国内空白,2009年成都天奥电子股份有限公司开展铯原子钟研发,刚入职的赵杏文加入了铯原子钟研究团队,并逐渐成长为项目骨干。与项目团队一起,申请到了国内原子钟领域第一个“国家重大科学仪器设备开发专项”立项支持项目。
  每天要花3小时逐一检查150根线缆
  2009年,从四川大学原子与分子物理研究所毕业后,25岁的赵杏文开始真正进入原子钟的研究领域。
  自认为是专业对口的她,一开始就有点傻眼了。“电路、电阻、万用表、示波器是什么都不知道。”赵杏文坦言,之前在学校做的都是理论研究,真正到了实战,却发现完全不是这么回事。
  她当时的老师项俊骐发现这个学物理的女徒弟“上手挺快”,碰到不懂的就问,不管是装机、拆螺钉的粗活,还是调试电路的精细活,赵杏文什么都抢着做。跟着他学习的一年多时间,赵杏文已经可以自己设计电路模块。
  “其实都是私底下用功。”赵杏文坦言。就在赵杏文他们一门心思要攻克这个困扰了中国半个世纪的难题时,竞争对手也在前赴后继地出现。
  当时,各国都在研究新型的激光抽运铯原子钟,从而规避磁选态铯原子钟无法逾越的材料和工艺问题,但尚未有成品面世。
  2013年12月,赵杏文和团队成功突破技术瓶颈,率先制造出了原理样机。“其实关于激光抽运技术的原理大家都知道了。关键就是环境适应性。”为此,她和团队还来不及沉浸在兴奋中,便开始马不停蹄地进行环境适应试验。
  “铯原子钟犹如电脑主机大小,内部有个关键零部件——激光系统。”赵杏文说,这个系统极其“敏感”,对外部的温度、振动、电磁干扰、静电等要求非常高。
  这套激光系统是由大大小小三十个精密零部件组成,每个造价不菲。”赵杏文说,如果双手不小心触摸到,系统有可能当下就报废。这也意味着,几十万的设备就报销了。为了反复测量产品的稳定性,赵杏文每天要在实验室待上至少8个小时,其中要花上3个小时逐一确认每一台整装设备内的150根线缆、9路电源有没有接错,调试15个电路模块。
  随着产品越来越稳定,已经怀上了宝宝的赵杏文还是不放心,一直坚持“战斗”到临产:今年1月26号生下宝宝,1月23日她才开始正式休假。
  科研之路苦涩伴常伴八年炼成“时间工匠”
  经过4年时间的反复改进,2017年,工程样机终于出炉了。
  赵杏文说,目前,由她所在的团队研发的铯原子钟已经生产了三批工程样机。科研的道路,从来都不是一路鲜花,过程中伴随着苦涩和沮丧。赵杏文说,他们所做的事情之前从来没有人做过,在从事研究时,能够参考查阅的资料极少。这对团队的原创性要求很高。
  “完全做一个自主研发的产品,如果迟迟没有成功,从心理上,也是一种伤害。”赵杏文坦言。
  过程中有人因工作枯燥、辛苦、不能很快出成果而离开了,但又有喜欢挑战的人加入了。在项目的研发过程中,见证了全程的,最后只剩下了赵杏文自己。
  “曾经一度,我也差点放弃了。”
  在最沮丧的某一天晚上,赵杏文坐着公交偶然在公司楼下下了车。
  看着曾经奋斗过的实验室,还有她们呕心沥血研发出来的零部件,往事历历在目,“还是舍不得就这么放下。”回忆起此前的经历,这个身材小巧的工程师,内心蕴藏着极大的能量。
  就像一个执着的老农,被誉为“时间工匠”的赵杏文还是迎来了收获的时刻。“第三批次的工程样机出来之后,反复确认了,悬着的心终于落下来了。”赵杏文透露,产品合格率高,意味着他们研发的铯原子钟已经成为一款成熟产品。随着时间推移,人员更迭,现在已经形成了一支稳定的铯原子钟科研团队,接下来他们还将继续研发小型化、高性能、车载型以及星载型铯原子钟。“科研的路上没有终点,我已经做好了准备。”赵杏文说。

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