人事人才
最近半個(gè)月，張首剛的工作計劃表細化到了小時(shí)——作為總指揮和首席科學(xué)家的他，領(lǐng)銜研制的中國空間站“夢(mèng)天”實(shí)驗艙“高精度時(shí)頻實(shí)驗系統”到了最后沖刺階段，該系統將是空間運行最高精度的時(shí)頻信號產(chǎn)生和傳遞系統，其中包含世界首臺空間光鐘。再過(guò)不久，它就要進(jìn)入中國空間站。
“6月5日，神舟十四號載人飛船發(fā)射取得圓滿(mǎn)成功，空間站建造一切順利，這對我們工作的時(shí)間節點(diǎn)、任務(wù)要求也更明確了。”造鐘32年，張首剛依然激動(dòng)、緊張，有壓力。
“你的所想所做是否體現了國家需求？”作為中科院國家授時(shí)中心主任、作為國家重大任務(wù)的首席科學(xué)家張首剛常常反思自問(wèn)，以其作為工作選題的第一準則。
近日，張首剛獲得陜西省“最美科技工作者”。在同事眼中，張首剛是“硬漢”，所獲榮譽(yù)實(shí)至名歸，他扎根西北數十年，白手起家，組織團隊努力推動(dòng)我國時(shí)間頻率研究水平和服務(wù)能力整體躋身國際前列。
而在一群孩子們眼中，他是溫柔的“張爺爺”。每年即使再忙，他都會(huì )在6月1日抽出時(shí)間參加所里舉辦的親子活動(dòng)，與職工孩子們一起做游戲。每年過(guò)年，團隊成員的小孩都會(huì )收到“張爺爺”的壓歲紅包。
敬授人時(shí)
時(shí)間有“天長(cháng)地久、至死不渝”的浪漫，也有“白駒過(guò)隙、逝者如斯”之現實(shí)。
在科學(xué)家眼中，時(shí)間只有精準、更精準的嚴苛。時(shí)間是目前測量精度最高的物理量，一些精密測量物理研究需要高精度時(shí)間。時(shí)間又是應用最廣的物理量，其服務(wù)和應用支撐著(zhù)社會(huì )運行、經(jīng)濟建設和國家安全，特別是對于數字通信、衛星導航、航天航空以及深空探測等領(lǐng)域的發(fā)展來(lái)說(shuō)，有著(zhù)基礎性作用。
在20世紀50年代，科學(xué)家在研究原子和原子核的基本特性時(shí)，發(fā)現原子的振蕩頻率穩定性非常高，從而產(chǎn)生了利用原子的振蕩頻率來(lái)制作時(shí)鐘的想法。作為能夠產(chǎn)生時(shí)間信號（如秒脈沖）并有計數裝置的原子頻率標準，原子鐘是時(shí)間精密測量的關(guān)鍵核心，它不僅是國家戰略資源，事關(guān)國家安全和經(jīng)濟社會(huì )運行，更是國家話(huà)語(yǔ)權的體現。
近二十年來(lái)，我國以原子鐘研制為代表的時(shí)間頻率產(chǎn)生和傳遞技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。即將進(jìn)入太空的空間光鐘就是我國自主研發(fā)的新一代高精度原子鐘。
1997年，張首剛到法國巴黎天文臺訪(fǎng)問(wèn)，恰遇歐洲空間局啟動(dòng)空間原子鐘組計劃，希望將氫鐘和冷原子銫鐘送入國際空間站，建立空間高精度時(shí)間頻率系統。由于技術(shù)等原因，該計劃再三推遲，至今仍未成行。
張首剛深知空間高精度時(shí)間頻率對科學(xué)研究和工程應用重大意義——利用空間微重力環(huán)境和航天員照料條件等，實(shí)現高精度時(shí)間頻率空間產(chǎn)生和空地傳遞系統，為相關(guān)精密測量物理提供研究平臺，為相關(guān)工程技術(shù)應用提供高精度時(shí)頻信號。
2004年，張首剛學(xué)成歸國，始終未忘當初建立中國空間時(shí)間頻率系統的夢(mèng)想。
隨著(zhù)中國空間站計劃的推進(jìn)，2009年，在國際上只有兩三個(gè)國家實(shí)現了實(shí)驗室型光鐘原理樣機的情況下，張首剛就開(kāi)始策劃中國空間站高精度時(shí)頻系統的構建，著(zhù)手世界第一臺空間光鐘的研制。經(jīng)過(guò)10余年的努力，團隊突破了多項關(guān)鍵技術(shù)，打造出了地面光鐘。目前，空間光鐘研制是原子鐘研制的制高點(diǎn)，歐洲依靠多國合作研制著(zhù)原理樣機。將一個(gè)復雜又精密，體積20多立方米的實(shí)驗室儀器裝進(jìn)不到一立方米空間的空間實(shí)驗柜中，不只是簡(jiǎn)單的體積和重量的減少，諸多理論和技術(shù)需要反復驗證，許多部件和設備需要自主研發(fā)，同時(shí)需要研究滿(mǎn)足航天產(chǎn)品諸多要求的最佳方案。
當下，我國空間站高精度時(shí)頻系統到了交付和聯(lián)試的關(guān)鍵階段，每天在頻繁地召開(kāi)和參加調度會(huì )，不時(shí)地在討論技術(shù)問(wèn)題，加上疫情防控的需要，張首剛和團隊成員把自己封在實(shí)驗樓里，晝夜輪班奮戰，安放幾張簡(jiǎn)易行軍床，吃住不出樓，幽默的自嘲為“航天民工”，自詡“科學(xué)打工人永遠是年輕！”
在張首剛看來(lái)，團隊最怕的不是身心疲憊，而是事情沒(méi)干好，耽誤“國家事”，壓力特別大。“我們都知道，正在干一個(gè)世界上沒(méi)有先例的事情，都很興奮，也很緊張。但越是在這個(gè)時(shí)候越不能出差錯，哪怕進(jìn)入一粒灰塵，都可能燒毀光纖端面，部件就要拆解重裝；一個(gè)螺絲沒(méi)擰緊，都將是天大的事情！”也因此，張首剛不敢再加壓，每天都在鼓勵大家，樹(shù)立必勝信心，按質(zhì)量要求工作。
“這是空間站箱內最復雜、難度最大、國際影響也很大的系統，空間站時(shí)頻系統將融合北斗導航系統、地基授時(shí)系統，預計在5年內，我們將建成世界上獨一無(wú)二的天地融合、立體交叉的國家授時(shí)系統。”張首剛說(shuō)。
堅守時(shí)“權”
如今，每每談起我國的原子鐘發(fā)展，張首剛總會(huì )很自豪地說(shuō)，我們實(shí)現了國家標準時(shí)間產(chǎn)生的自主可控，將我國標準時(shí)間與國際標準時(shí)間的偏差從100納秒減小至3納秒，綜合性能躍居世界前三。
我國標準時(shí)間即為“北京時(shí)間”。過(guò)去幾十年，國家標準時(shí)間產(chǎn)生的核心設備原子鐘依賴(lài)國外進(jìn)口。“雙方比對時(shí)間，如果時(shí)間不一樣，誰(shuí)的設備性能更高、精度更高，就以誰(shuí)的時(shí)間為準。”張首剛告訴《中國科學(xué)報》。
為了解決這一“卡脖子”問(wèn)題，張首剛與他的“時(shí)間團隊”近20年來(lái)一直艱苦奮戰。
1997年，為了學(xué)習先進(jìn)技術(shù)，張首剛離開(kāi)家人到法國訪(fǎng)學(xué)，那時(shí)女兒還不到兩歲。在法國巴黎天文臺這個(gè)國際一流的時(shí)間頻率實(shí)驗室7年，張首剛潛心鉆研，解決了多項技術(shù)難題，獨立完成了世界第一臺銫原子噴泉鐘的改造。
2005年，在張首剛回國的第二年，受組織安排，他再次離開(kāi)家人，只身來(lái)到位于相對落后的陜西臨潼的中科院國家授時(shí)中心，開(kāi)始原子鐘的研制工作。
中科院國家授時(shí)中心的前身是中科院陜西天文臺，其主要任務(wù)是開(kāi)展時(shí)間頻率科學(xué)技術(shù)研究并為全國提供授時(shí)服務(wù)。那時(shí)，這里沒(méi)有原子鐘方面的科研人員及條件，尤其是冷原子鐘的研究基礎是零，整個(gè)陜西也沒(méi)有從事冷原子研究的相關(guān)人員。
“條件的確很差，經(jīng)費也不足，很多人都不把我們當研究機構，而是支撐部門(mén)，把我們稱(chēng)作‘開(kāi)關(guān)時(shí)間信號’的服務(wù)者。”張首剛很無(wú)奈，但改變現實(shí)就必須付出比別人更多的努力。
張首剛一個(gè)人從零開(kāi)始，從一顆螺絲釘開(kāi)始，研制國家的時(shí)間基準鐘——冷原子銫噴泉鐘。他只有一個(gè)信念：“不能干和別人同樣的東西，我們必須研究新的，有用的東西。”
只要不出差，凌晨1、2點(diǎn)前總能在實(shí)驗室或辦公室看到他的身影。累了困了，就喝又濃又苦的咖啡。
他們自力更生，披荊斬棘，最終成功研制了兩臺具有獨立知識產(chǎn)權的冷原子銫噴泉鐘，這是國際上第二家實(shí)現了超高穩定的光生微波源，穩定度和不確定度性能達到世界先進(jìn)，實(shí)現了“北京時(shí)間”的自主的校準，確保特殊時(shí)期國家標準時(shí)間的準確性，真正“守住了國家時(shí)間”。
近20年來(lái)，他建立起的國家授時(shí)中心量子頻標研究室已擁有近百名中青年科研人員，成為國際上具有一定影響力的“時(shí)頻研究團隊”。
他們始終著(zhù)眼國家需求和經(jīng)濟發(fā)展，攀登一座又一座高峰：聯(lián)合國內力量研制出世界最小的芯片原子鐘，與國際最好的美國產(chǎn)品同性能，但體積小了一半；與企業(yè)合作研發(fā)了國際首款激光抽運新型小銫鐘產(chǎn)品，打破了美國小銫鐘獨家壟斷并出口歐洲，裝備于國家標準時(shí)間、北斗、5G、電力和國防等系統，2021年起多臺小銫鐘數據陸續在國際原子時(shí)計算中取得貢獻權重，國內首次；繼美國之后，世界第二家研制了能夠進(jìn)行守時(shí)的銣原子噴泉鐘；研制建立了我國多手段融合的世界時(shí)自主測量與服務(wù)系統......
“我們發(fā)展了多技術(shù)手段的守時(shí)和授時(shí)服務(wù)系統，有效地滿(mǎn)足了國家需求。”張首剛有信心描繪更多藍圖：從基礎研究到技術(shù)攻關(guān)，從系統集成到應用服務(wù)，支撐國家高質(zhì)量發(fā)展。2015年，他在國際上率先提出天地一體的彈性國家授時(shí)體系架構，目前在主持實(shí)施著(zhù)相關(guān)的國家重大科技工程，包括“十三五”國家重大科技基礎設施“高精度地基授時(shí)系統”。
與“時(shí)”俱進(jìn)
張首剛與時(shí)間頻率事業(yè)結緣純屬偶然。
1990年大學(xué)畢業(yè)后，張首剛因成績(jì)優(yōu)秀被推薦來(lái)到中科院陜西天文臺攻讀碩士學(xué)位。最初，他被導師劉海峰的事跡所感染。
“劉老師當時(shí)為了研制一臺基準型激光抽運大銫鐘，舉家搬遷到西北，讓我很感動(dòng)，也覺(jué)得這件事真的很重要。”隨著(zhù)學(xué)習的深入，張首剛逐漸了解到美國、法國已研發(fā)出了這樣的大銫鐘，而且只有美國掌握著(zhù)小銫鐘技術(shù)，產(chǎn)品獨家壟斷。
張首剛回憶，當時(shí)國家授時(shí)中心用于守時(shí)的小銫鐘完全依賴(lài)進(jìn)口，“不僅價(jià)格昂貴，而且人家任何時(shí)間都可以來(lái)檢查，只能在規定地方應用，不準轉借他人使用，各種要求十分苛刻。包括鐘的部件維修、壽命到期更換等，中國人都不能參與。”
從那時(shí)起，立志造出“中國鐘”的種子，在張首剛心中扎根。
如今，他帶領(lǐng)團隊不僅自主研制出了國際先進(jìn)的基準型銫原子噴泉鐘，世界首款光抽運小銫鐘產(chǎn)品，更是研制出了9種不同應用類(lèi)型的新型原子鐘。
對于造鐘，張首剛要求精益求精，而對于生活，他并不“定時(shí)”，飯點(diǎn)還在討論問(wèn)題，深夜還在工作已是幾十年的習慣。
這位工作中的“鐵漢”，家人卻是他內心最為柔弱的軟肋。“他們都對我很支持，尤其是夫人，她不只是理解我，同時(shí)還毫無(wú)怨言地照顧和幫助我們的家人。”成家多年，他們聚少離多，提到家人時(shí)，張首剛哽咽了。
后來(lái)，女兒到陜西讀大學(xué)，那是張首剛與女兒相處最久的一段時(shí)間，幫女兒洗洗衣服、聽(tīng)聽(tīng)女兒學(xué)校見(jiàn)聞......至今提起來(lái)，他都滿(mǎn)是幸福。
張首剛說(shuō)，我國時(shí)間頻率研究和服務(wù)整體躋身世界先進(jìn)行列，但他們還不到“慶功”的時(shí)刻，“我們在原始創(chuàng )新、基礎理論，以及關(guān)鍵材料和器件方面還相對落后，必須加倍努力。”
夏日的西安，驕陽(yáng)似火，室外溫度超過(guò)39℃，但熙來(lái)攘往的地鐵四號線(xiàn)站點(diǎn)，“陜西省最美科技工作者”宣傳海報上，張首剛的一行介紹——“于空白處落筆，雕刻精準北京時(shí)間；在寂寞中前行，鑄就授時(shí)國之重器”，如一杯清茶，一掬清泉，沁人心脾，鼓舞著(zhù)為科技奮斗的人們不斷向前。（韓揚眉）
張首剛（中）與同事討論（授時(shí)中心供圖）
張首剛正在做實(shí)驗（授時(shí)中心供圖）
