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郭新興（左二）和同事對光纖時間傳遞設(shè)備進(jìn)行出廠測試。國家授時中心供圖

在構(gòu)建國家時間基準(zhǔn)、打造自主可控的高精度地基授時系統(tǒng)的過程中，一條條穿越山河的光纖，如同精密的時間神經(jīng)，連接著太原、石家莊、北京、武漢等關(guān)鍵節(jié)點。

高精度地基授時系統(tǒng)作為國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，將構(gòu)建多層次、立體交叉、安全可控的國家級授時體系，建成后將成為國際規(guī)模最大、性能最先進(jìn)的地基授時系統(tǒng)，為衛(wèi)星導(dǎo)航、深空探測等提供核心支撐。其中，光纖授時將為地基授時系統(tǒng)沿線用戶提供我國精度最高的國家標(biāo)準(zhǔn)時間信號。而這離不開中國科學(xué)院國家授時中心（以下簡稱國家授時中心）科技攻關(guān)團(tuán)隊的默默付出。

成立突擊隊，攻克噪聲累積難題

“光纖授時穩(wěn)定度達(dá)到驚人的皮秒級（1皮秒等于一萬億分之一秒），準(zhǔn)確度優(yōu)于100皮秒。這相當(dāng)于在全國數(shù)千公里的距離上，將時間的同步誤差控制在比眨眼快千萬倍的級別！”高精度地基授時系統(tǒng)光纖授時項目總指揮，國家授時中心主任、首席科學(xué)家張首剛告訴《中國科學(xué)報》，如此高的精度，是國家金融交易、電力調(diào)度、通信網(wǎng)絡(luò)、科學(xué)研究等關(guān)鍵領(lǐng)域高效安全運(yùn)行的基石，更是國家戰(zhàn)略安全和科技自立自強(qiáng)的重要體現(xiàn)。

經(jīng)規(guī)劃，光纖授時系統(tǒng)全網(wǎng)光纖總長度約2.5萬公里，實現(xiàn)優(yōu)于100皮秒的高精度光纖授時服務(wù)，建設(shè)任務(wù)不僅距離長，難度也非常大。

建設(shè)初期，國家授時中心黨委成立苗永瑞高精度地基授時科技攻關(guān)黨員突擊隊（以下簡稱突擊隊），鼓勵全體參研黨員在國家重大任務(wù)中擔(dān)當(dāng)作為。突擊隊下設(shè)5個攻堅分隊，其中光纖授時分隊主要負(fù)責(zé)高精度光纖時間和頻率傳遞骨干網(wǎng)建設(shè)工作。

光纖時間級聯(lián)方式導(dǎo)致噪聲累積怎么辦？正式建設(shè)前，這一難題擋在了隊員面前。光纖授時分隊隊長郭新興和隊員加班加點集智攻關(guān)，在實地線路上進(jìn)行多次驗證，提出了一對多光電光時分多址輪詢方式和時間凈化方案，經(jīng)過兩個多月的努力，成功破解了光纖時間級聯(lián)帶來的噪聲累積難題，為后續(xù)大規(guī)模建設(shè)掃清了關(guān)鍵障礙。

2023年7月，“西安—北京”段光纖授時鏈路建設(shè)進(jìn)入攻堅期。作為我國首條實地建設(shè)的超千公里級光纖時間頻率傳遞工程應(yīng)用系統(tǒng)，其進(jìn)度直接關(guān)系到整個地基授時系統(tǒng)工程的全局部署。面對這一重大任務(wù)，突擊隊全體黨員全身心投入，在嚴(yán)格受限的作業(yè)環(huán)境中展開攻堅。

“進(jìn)出需申請、專人跟隨、禁止飲食飲水……”苛刻的施工條件挑戰(zhàn)著每個人的極限。郭新興回憶道：“大家仿佛忘記了時間，從尋找機(jī)柜電源、布放跳線、攀高布線到安裝調(diào)試設(shè)備，每個環(huán)節(jié)都一絲不茍?！?/p>

最艱巨的挑戰(zhàn)出現(xiàn)在介休中繼站。由于線路上存在大量政企用戶，為最大限度減少干擾，項目部將割接窗口安排在晚上12點。剝纜、切割、熔接、測試損耗……郭新興說，盡管是深夜作業(yè)，但所有人毫無怨言，因為大家明白，每一個操作細(xì)節(jié)都關(guān)乎著這條國家重要授時線路的暢通。

重壓下的破局

“線路必須如期貫通！這關(guān)系到整個地基授時系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的全局！”項目協(xié)調(diào)會上，光纖授時分總體副總工程師劉濤告訴隊員。

然而，擺在大家面前的是，一段關(guān)鍵路由突遭變故——機(jī)房空調(diào)故障疊加外部事故導(dǎo)致光纖斷裂，指標(biāo)告急，貫通受阻。

平日沉穩(wěn)的劉濤也禁不住在臨時指揮部院子里焦灼踱步，電話一個接一個打給中國移動集團(tuán)項目經(jīng)理郭秋平。郭新興說：“那幾天，劉老師嗓子全啞了，急得頭發(fā)都要豎起來了。“

“光纖損耗點偏大，明早復(fù)測！”“太原方向下個站點人手確認(rèn)！”“北京節(jié)點機(jī)房手續(xù)、電源、跳纖再核查……”任務(wù)安排妥當(dāng)，復(fù)盤結(jié)束后已是凌晨一點多，劉濤這才回家。

最終，劉濤帶領(lǐng)團(tuán)隊與各站點安裝測試人員緊密配合，一遍遍溝通、協(xié)調(diào)、嘗試替代方案，為這條橫貫東西的“時間大動脈”掃清了障礙。

“我們的征途，是每一皮秒的精準(zhǔn)”

今年6月，團(tuán)隊赴新疆阿克蘇啟動新的測試任務(wù)。這里的挑戰(zhàn)更為嚴(yán)峻：有4段架空光纜，往返總距離達(dá)到680公里，相當(dāng)于北京到鄭州的距離。其中，單段光纖最長距離超過100公里。更棘手的是，當(dāng)?shù)貢円箿夭顦O大，氣溫日波動達(dá)16攝氏度。如此大的溫差，加上架空光纖帶來的震動，給依賴光纖物理特性的時間傳遞帶來巨大考驗。

實驗初步測試表明，這680公里架空光纖的總時延波動范圍達(dá)449.8納秒（1納秒 = 10-9秒），溫度時延系數(shù)約為28.1納秒/攝氏度。這意味著，溫度僅變化1攝氏度，這段架空光纜的時延變化就接近30納秒。在溫度快速升降的環(huán)境下，常規(guī)控制算法難以快速響應(yīng)，無法維持系統(tǒng)所需的皮秒級高穩(wěn)定度。

“當(dāng)時我站在戈壁灘上，看著時間間隔計數(shù)儀器跳動的數(shù)據(jù)，壓力非常大，就像延綿不絕的沙漠一樣茫然。”郭新興回憶。

劉濤安慰道：“辦法總比困難多，我們必須啃下這塊硬骨頭?！?/p>

面對沙漠的“溫差魔咒”，團(tuán)隊在惡劣環(huán)境中搭建起實地測試平臺，反復(fù)測量、記錄數(shù)據(jù)，深入分析溫度波動與時延的關(guān)系。

團(tuán)隊結(jié)合實測數(shù)據(jù)，對大動態(tài)時差范圍測量和補(bǔ)償核心算法進(jìn)行優(yōu)化，提升了時間測量分辨率和抗干擾能力，最終成功破解時延難題，實現(xiàn)同步和快速補(bǔ)償，保障了系統(tǒng)在極端環(huán)境下高穩(wěn)定度運(yùn)行。

2023年7月10日，“西安—北京”光纖授時鏈路時間信號全線貫通；2024年8月1日，武漢段完成建設(shè)；2025年4月，“武漢—合肥”段安徽六安站點完成建設(shè)……一個個站點的建設(shè)完成，標(biāo)志著高精度地基授時系統(tǒng)工程取得階段性勝利，為后續(xù)其他節(jié)點的聯(lián)通與聯(lián)調(diào)奠定了基礎(chǔ)。

科學(xué)園內(nèi)的運(yùn)控大屏亮起，郭新興高興地說：“看到屏幕上跳動的、穩(wěn)定在皮秒級的信號，那一刻，所有的辛苦都值了！”

展望未來，團(tuán)隊將繼續(xù)完善全國網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并向更高精度、更強(qiáng)穩(wěn)定性的目標(biāo)發(fā)起沖擊?！皣业臅r間基準(zhǔn)必須牢牢掌握在自己手中。我們的征途是星辰大海，也是每一皮秒的精準(zhǔn)?！眲f。

（原載于《中國科學(xué)報》?2025-07-28?第3版?綜合）