作者:白浩然 张行勇 来源:中国科学报 发布时间:2020/9/12 13:26:58
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为建设世界独一无二的授时系统
——记国家授时中心主任张首刚

 

夜晚的临潼骊山脚下,秦始皇兵马俑博物馆东的中国科学院国家授时中心园区内,我国唯一、专门、全面从事时间频率基础研究和应用研究的一支科研队伍,夜以继日地与时间赛跑。

张首刚,是这支科研队伍的主心骨、领头雁。只要没出差,他办公室的灯总是凌晨时分才悄悄熄灭。

他,率真、不做作,执着钻研,诠释着陕西人“生冷蹭倔”的典型性格特征。

赤子心

今年54岁的张首刚,现任中科院国家授时中心主任、中科院时间频率基准重点实验室主任,兼任中国科学技术重大专项北斗卫星导航总体组专家成员、国家重大科技基础设施建设中长期发展规划专家组成员。

“对基础物理和国际时间计量有重要贡献。”法国光学学会主席C. Fabre曾在张首刚的巴黎第六大学博士论文答辩的书面评语中写道。

1986年张首刚考入西北大学理论物理专业;1990年大学毕业后,来到中国科学院国家授时中心(原中国科学院陕西天文台)攻读硕士学位。1993年获得天体测量与天体力学专业硕士学位的他,分配到中国计量科学研究院,在北京安了家。

高精度时间频率是一个国家的战略资源,但上世纪90年代我国的时间频率科研和应用水平还不能较好满足国家需求。1997年,张首刚在巴黎天文台时间频率基准实验室进修期间,真切感受到国外时频技术与国内的差距,随即从1998年起在巴黎六大攻读量子物理专业博士学位,2003年毕业后被巴黎天文台聘为助理工程师。

在国际一流的时间频率实验室学习和工作七年期间,张首刚独立完成改造世界第一台铯原子喷泉钟(法国基准钟FO1)。至今,其主要性能居世界领先地位。

远隔千里,也隔不断对祖国的记挂。在留法期间,他作为骨干,也参加了我国第一台铯喷泉原子钟研制,解决了多项技术难题。2007年,该成果曾获国家科技进步奖一等奖。

2005年,39岁学成归国的他,离开在京的家人,只身来到当时较落后的陕西临潼,又回到国家授时中心,开辟原子钟及其应用研究领域。

十五年来,他创建的量子频标研究室从三间空白的房间发展成为拥有6000余万元仪器装备、固定人员128人,有诸多拔尖人才,还有2名诺贝尔物理学奖获得者等外籍客座研究员,成为国内外有一定影响的实验室。

2009年,在中科院重点实验室申请评审中,该实验室以学科组第一名的成绩直接跃升为中科院重点实验室。

追梦人

张首刚是一个思维活跃到有点发散的人,熟悉他的人会说他思维又“漂移”了。但是同学科的人听多了,发现“飘来飘去”总也飘不出“时间频率”这个中心话题。

作为我国目前时频领域唯一“杰出青年基金”获得者,归国以来,张首刚带领团队成功研制了30天以上连续运行能力和频率稳定度性能国际前三的冷原子铯喷泉钟装置,国际上首次全面精确测量了锶原子四种同位素5s5s1S0--5s5p3P1组间跃迁频率的完整光晶格冷原子锶光钟装置,研制了国内首套千公里级通信光纤远程时频信号传递系统、高效频率纠缠光源,并在国内首次实现飞秒精度量子时间同步原理演示验证等,一举构建了我国“新一代时间频率系统”。

另外,作为中国科学院大学时间频率教研室主任,他组织开设了《时间频率原理与应用》《导航与通讯》《量子频标》三门课程,任首席教师负责主讲“量子频标”课程,指导硕博士研究生53人。近五年指导的研究生21人次获各类奖学金,并获中科院“朱李月华”优秀教师称号。

在深耕专业的同时,张首刚从学科发展与国家安全及发展需求战略思考,在2010年,提出建设高精度地基授时系统,构建我国立体交叉授时系统的构想。

2016年“十三五”国家重大科技基础设施项目“高精度地基授时系统的研制”立项。

张首刚研究员

张首刚研究员(右)在作试验

2015年以来,张首刚担任了国家授时中心主任。他带领班子抢抓机遇,科学布局,积极参加国家综合科学中心的北京国家太空实验室地面试验基地建设和合肥量子信息与计算国家实验室建设;国家授时中心西安科学园新区已开工建设,高楼拔地而起,争取到省市对“高精度地基授时系统”大科学装置及新园区建设支持的地方配套项目8亿元。

与此同时,“1603工程”“十二五”科教基础设施“精密导航定位与定时技术研究平台项目”及园区基础设施一期工程、“十三五”科教基础设施“空间时频技术研发与应用研究平台”、“十三五”科教基础设施项目“研究生教育设施”等也在有条不紊地推进中。

作为首席科学家和总师,张首刚联合国内十几家单位共同承担着空间站高精度时间频率实验柜研制工作,作为总师负责“十三五”国家重大科技基础设施项目高精度地基授时系统的研制任务。

另外,2019年他与企业合作,采用先进的原子态激光抽运方案,实现了性能领先的国际首台光抽运小铯钟产品,部分产品已应用守时、通信、电力和国防领域,保障了我国高精度时间频率标准信号产生和应用的自主性及安全性。

“不看一看,实在放心不下!”出差回所,不管多晚,他都会回到实验室看看。成果的背后是艰辛的付出。五年来,张首刚几乎没有休息日,在白昼和黑夜间轮替。周围人都觉得他精力充沛,从不生病,但他办公桌的一个抽屉里塞满了散落的药。

他爱喝咖啡,要浓得发苦,只为提神。为了工作奋不顾身,却把深深的愧疚藏在心里,那是张首刚对妻女无法弥补的爱。

常年这么干不累吗?他总是说,为了保障我国高精度时间频率标准信号产生和应用的自主性及安全性,已经顾不上累。国家时间频率体系建设,对科学研究、经济发展和国家安全有着重要的应用价值,所能做的就是尽个人的最大努力,做最前沿的研究,做最准确的原子钟,为国家打造最先进的授时系统。

耕耘裹着汗水,终结出硕果,变成了国家授时中心跨越发展的见证。

2019全国时间频率学术会议上,张首刚表示,5年内,中国将建成独一无二的立体交叉授时系统。

 
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