现在时间报时 探访中国科学院国家授时中心：北京时间从这里发布

北京时间从这里发布——访中国科学院国家授时中心

走近伟大的科学工程

本报记者卢成宽

在古都Xi的许多名胜古迹中，钟楼无疑是令人眼花缭乱的。千百年来，这里的钟声一直是古人安排工作和生活的标准。现在，这座钟楼向东30公里，有一个安静的庭院，中国现代标准时间北京时间由此诞生。这是中国科学院国家授时中心。其运营维护的长短波授时系统承担着我国高精度标准时间的生成、维护和广播任务。

从华清池到兵马俑唐沁大道，可以看到国家授时中心的大门。这里高耸的现代钟楼特别引人注目。每到整点，清脆的报时声就会响起。

计时系统已经升级了很多次

1964年，中国第一颗原子弹爆炸成功后，发射第一颗人造卫星被提上日程。1966年，国家科委决定由中国科学院负责在陕西关中地区建设一个短波授时站，以满足卫星高精度授时的需要，又因为关中地处中国的中心。按照“背山入洞”的战备要求，遗址最终选址在陕西蒲城唐宪宗景岭山。

短波授时站建成后，满足毫秒级用户的需求。然而，随着我国空技术的快速发展和战略武器试验的需要，需要更高精度的计时手段。

长波授时站应运而生，精度达到微秒级，比短波站高1000倍。

“面对国外技术封锁，老一辈科学家不畏艰难，通力协作攻克技术难关，自主研发生产全部关键设备，国产化率达到100%。”中国科学院国家授时中心党委书记窦忠研究员自豪地说，当时出于安全考虑，长波授时平台建在地下，深度26米，相当于八九层，地面只有四座高耸的塔，承载着15吨的倒锥形天线体。

该成果获1988年国家科技进步奖一等奖。此后，长短波授时系统多次改革升级，始终保持国际先进水平。

妥协协调世界时

中国的标准时间在北京所在的东八区，比国际标准时间早8小时。国际标准时间被称为协调世界时，是在世界时和原子时折中后的计时系统。

世界时是基于地球自转周期的时间尺度，一秒钟是地球自转周期的1/86400。

原子时间是由原子振荡频率决定的时间尺度。由于原子跃迁频率的高稳定性，国际计量大会规定铯原子的外电子在两个能级之间跃迁振荡，持续一秒钟的9192631770次循环。

原子时的精度比世界时高几千甚至几万倍，所以原子时取代世界时似乎是理所当然的。但是，如果完全使用原子，由于地球自转长期变慢，按照目前的速度，5000年后会有一个小时的差异，3万年后太阳会在凌晨0点升起。于是，科学家们想出了一个“以泥拌泥”的办法，这就是协调世界时。

它采用原子时间的秒长，通过闰秒将协调世界时与世界时的时间差保持在0.9秒以内。如果时差超过1秒，在协调世界时中减去或加上1秒。协调世界时作为全球时间标准，是零时区的时间，北京时间加上8小时的时区差。

北京时间的广播

时间到了，可以给。窦忠介绍，用户有不同的需求和不同的计时方式:如果需要毫秒时间，可以用短波给出时间；如果需要微秒时间，可以用长波计时。如果需要十纳秒，北斗卫星导航系统的定时就可以满足。

用于计时的长波和短波是无线电波。短波的波长在10-100米之间，长波的波长在1000-2000米之间，两者都以地波和天波的形式传播。地波是指由发射天线辐射并沿地表传播的无线电波。天波是发射天线发射的无线电波，在高空空被电离层反射后到达接收点。

短波地波传播时衰减大，仅覆盖几十公里；然而，天波从电离层经过多次反射后，可以传播很远，达到数千公里甚至数万公里。因此，短波计时以天波为主。然而，由于电离层扰动、大气噪声和多径效应，短波授时信号不稳定。

与短波授时不同，长波授时以地波为主。长波地波可以沿着地球表面传播很远，尤其是穿透地层和海水的能力。同时，由于地波场强和相位的稳定，长波授时精度达到微秒级，即百万分之一秒。

北斗卫星导航系统在我国运行后，长短波授时系统得到了拓展。“卫星导航系统虽然是导航定位系统，但导航定位的基本原理是时间测量。”窦忠说，因此，卫星导航系统需要一个准确可靠的时间频率系统，该系统还具有授时功能，是目前应用最广泛的授时系统。卫星导航系统的定时精度在十纳秒量级。"然而，卫星授时也有缺点，容易受到干扰和欺骗."他说。

时间为高科技护航

目前，高精度时间已经成为一个国家科技、经济、军事和社会生活中至关重要的参数，广泛应用于导航、电力、通信、导航空、国防等领域。作为最基本的物理量，它对提高国家科研水平也起着基础性的作用。

实际上，卫星导航系统是一种基于测量时差的测距定位系统，人们在导航中使用的位置和速度信息是通过测量时间获得的。

“时间的差异会导致距离的谬误。百万分之一秒的时间测量误差将导致300米的测距误差。”窦忠说。

高精度时间也广泛应用于电力系统。当大量发电机并网时，需要保持高度的时间同步，主设备并网的时间要同步到微秒级。同时，时间也可以在传输线上充当侦察兵。“比如高压输电线路不幸被雷击，高精度的时间可以实现故障点的快速定位。”窦忠说。

窦忠介绍，目前火热的5G通信也需要高精度的时间来保驾护航，没有时间同步就无法实现通信。5G基站对时间同步的要求非常高，精度必须达到十纳秒以上。

　　长短波授时系统所建立的时间基准，是北京时间的源头，也是北斗卫星导航系统的时间溯源系统。它广泛应用于基础研究和工程技术领域，成为国家的一个战略资源。