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陕西省科学技术协会科普宣传专栏
大科学装置之高精度地基授时系统
  张梅
  高精度时间频率是国家战略资源,广泛应用于诸多基础研究领域、工程技术领域和国家重大系统。授时系统的主要功能是通过各种手段发播标准统一的时间频率信号,对国民经济和国防建设的支撑是全方位的,是最重要的国家重大科技基础设施之一,是国家科学重器。
  “高精度地基授时系统”项目是国家重大科技基础设施“十三五”规划的10个优先建设项目之一。该项目主要建设内容包括两个部分,一是在现有长波授时台基础上,在西部地区增补完善增强型罗兰授时系统,实现长波授时信号全国土覆盖,重点区域授时精度优于百纳秒(较现有长波授时系统提高1个量级以上);二是利用通信光纤网建设覆盖主要城市和重要用户的光纤时频传递骨干网,时间传递精度优于百皮秒,频率传递精度优于E-19量级。长波和光纤授时均达到国际先进水平。
  中国科学院国家授时中心(以下简称国家授时中心),原名陕西天文台,成立于1966年,是我国唯一、专门、全面从事时间频率基础和技术研究的科研机构,承担着我国国家标准时间(北京时间)的产生、保持和授时发播任务,是国际原子时重要参加单位,建设和运行着我国最早的国家重大科技基础设施——长短波授时系统(是目前陕西省唯一运行的国家重大科技基础设施),同时开展卫星导航定位技术研发,拥有国内唯一的天地一体星地综合卫星导航新技术试验平台,为我国北斗系统建设和发展提供了重要支撑。
  今年初,中科院与我省签署协议,决定共同建设中科院西安科学园。根据规划,科学园将建设科研机构聚集区、科学装置聚集区、创新平台聚集区、丝路科技合作区、科教融合聚集区等。其中,科学装置聚集区将以大科学装置建设为目标,培育建设一批高效率开放共享、高水平国际合作、高质量创新服务的重大科技创新平台。这些大科学装置包括:高精度地基授时系统、加速器质谱中心集群、西安阿秒光源、医用重离子加速器装置、西部质子(医疗)中心等。
  根据协议,西安将建设“高精度地基授时系统总体运控中心”,包括:国家时间基准(产生和保持北京时间)、地基授时控制管理系统、差分控制中心。同时结合国家授时中心开展的产品研制业务、测试计量业务和科普旅游基地,建设“国家级时间频率产业计量测试中心”“时间频率与卫星导航产业化中试基地”“学术交流与科普展示中心”,带动陕西时间频率、卫星导航及相关信息产业发展。
  据了解,该项目落地西安的意义主要包括以下几个方面:
  典型的国家重大科技基础设施包括:贵州500米口径射电天文望远镜FAST,北京正负电子对撞机、上海光源、北京散裂中子源、长短波授时系统(由国家授时中心运维)等,“高精度地基授时系统”将是陕西省“十三五”期间唯一牵头建设的国家重大科技基础设施项目,建成后西安将成为我国时间频率科学研究、创新、发展的中心,成为西安建设丝绸之路经济带“创新之都”的一张新名片。
  高精度地基授时系统总投资约16亿元,以国家授时中心为主的陕西众多科研机构将参与研制建设;结合西安在时间频率、卫星导航领域的技术积累和先发优势,形成系列化知识产权,使西安成为时间频率信息产业发展和推广基地,并提供精准时间和位置服务应用,将成为“大西安”建设一个新的亮点。
  “高精度地基授时系统”建设的全国光纤授时骨干网将实现国际最高水平的时间同步能力,对西安当地政务、商务、金融、证券行业的发展,对智慧城市、智能家居、室内定位、无人驾驶将带来革命性发展,推动“数字化西安”建设。
  高精度地基授时系统是事关国民经济、国防建设和国家安全的重要基础设施,是典型的军民融合工程;同时结合国家授时中心已经承担的北斗重大专项相关工程任务、921空间站时频系统研制建设任务、国家时频体系建设军民融合示范工程等国家重大任务,将更突显西安在国家军民融合战略实施中的重要战略地位。
  依托国家重大科技基础设施,与陕西本地高校和研究所共同建设时空研究应用学术培育基地,组建人才培养团队,对相关从业人员进行技能培训,增强人才储备和队伍建设,发挥中科“科技智库”作用,未来有望建设“时间频率科学国家实验室”,推动西安建设综合性国家科学中心。
  通过“高精度地基授时系统”建设,结合国家已经批复的“国家首批十大科普旅游基地(国家授时中心)”,建设“天文+时间+导航”三位一体的特色科普旅游基地,推动时空特色科普旅游基地建设,在陕西独特历史人文旅游基础上,融入传统文化和现代科技旅游特色,全面带动旅游产业发展,成为西安新的旅游名片。 

  链接
  大科学装置:大科学装置是指通过较大规模投入和工程建设来完成,建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动,实现重要科学技术目标的大型设施。大科学装置是现代科学技术诸多领域取得突破的必要条件,在科学技术领域的国际竞争主要表现在对诸多前沿研究领域的突破能力。20世纪中叶以来,科学技术发展中出现了一个新的态势,即许多科学领域已经发展到这样一种地步,它们的进一步发展和研究前沿的突破,都离不开大科学装置。根据对100多年来诺贝尔物理学奖的成果统计,1950年以前,只有一项来自大科学装置;1970年以后,就有40%是来自于大科学装置,例如大的天文望远镜,或者科学卫星、加速器;到1990年以后,这个比例高达48%。因此,世界各国都不惜以巨大的投入建立大科学装置。

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