为北斗系统装上“中国心”

中国科学院武汉物理与数学研究所研究员梅刚华领导的课题组，是我国最早开展星载原子钟研究的团队。经过20多年的潜心技术攻关，他们的成果获国家科技进步特等奖1项，国家技术发明二等奖1项，军队科技进步一等奖1项。

作为我国星载原子钟技术的开创者、北斗卫星导航系统星载原子钟的主要研制者，梅刚华成功研制了我国完全自主知识产权的星载铷原子钟，为北斗装上“中国心”。

用专注诠释科学家的工匠精神

什么是科学家的工匠精神？梅刚华认为：“天上不会掉馅饼，做科学工作，心态一定要静下来，要肯花时间专注地做好每一件事情。”

卫星导航系统通过卫星与用户间无线电信号传播时间测量来确定用户的三维位置坐标。如果能将光束传播1米距离的时间测准，系统就具备了1米的定位精度。这种精度的时间测量只能用原子钟来完成，所以星载原子钟是导航卫星的心脏，对系统的定位导航精度有决定性影响。

梅刚华用了20多年专注地做好了一件事，为中国的导航卫星做最好的“心脏”，为北斗装上了“中国心”。

上世纪90年代, 我国制定了北斗卫星导航系统“三步走”发展战略。当时，星载原子钟技术仅为少数西方国家所掌握，在我国属于技术空白。

能否实现原子钟技术突破，关系到我国北斗系统建设的成败。而星载原子钟机理复杂、技术难度极大，要实现从无到有的突破，其难度可想而知。

原子钟的核心部件微波腔只有一个胶卷大小，要在里面特定位置打几个槽，宽度是多少，深度是多少，当时没有计算机模拟仿真技术，梅刚华只能一点点地尝试，一个个地摸索，几抽屉的试验品都是他在无数个日日夜夜、反反复复的实验中打磨出来的。

终于，他凭借着不服输的倔强，成功研制了开槽管微波腔，奠定了铷钟高稳定度和小型化技术基础。国内权威专家认为该技术是我国科技工作者在原子频标方面作出的“不可多得的创新性贡献”。

攻克第一道难关后，梅刚华又把目标锁定在铷光谱灯上，这是铷钟的另一个核心部件。通常的谱灯光强起伏大，铷样品消耗快，无法在卫星的真空环境下工作。梅刚华带领团队通过无数次试验，发明了一种新型光谱灯，能够在真空条件下长期稳定工作，克服了限制铷钟寿命和卫星环境适应性的主要障碍。

20年实现由空白到领跑

星载原子钟不仅有极高的精度要求，还有苛刻的寿命、可靠性和卫星环境适应性的要求。

1997年梅刚华承担国内第一个星载原子钟预研项目的时候，我国的铷原子钟精度比国际水平差了两个数量级，寿命、可靠性和卫星环境适应性则完全没有设计概念，一切都需要从零开始。

梅刚华和他的团队20年如一日，一步一个脚印，先后研发出三代星载铷原子钟产品，实现了我国星载铷原子钟技术从跟跑、并跑到领跑的发展。

2004年，北斗二号卫星系统进入工程建设阶段，高性能星载原子钟受到欧美发达国家禁运，引进受挫，成为北斗工程关键技术瓶颈。

梅刚华带领团队在前期技术攻关的基础上，在不到两年时间里，研制出第一代具有完全自主知识产权的星载铷钟正样产品，核心指标达到国际先进水平。随着北斗三号全球卫星系统建设启动，他们很快研制出第二代星载铷钟工程产品，主要指标提高了近5倍，使这颗“中国心”具备了与世界最高水平相当的强大能量。

此后，梅刚华在国内首次提出高精度星载铷原子钟研发计划，并于2016完成，使我国星载铷钟技术达到国际领先的水平。

不忘初心继续前行

回想20多年前，梅刚华在导师朱熙文老先生的殷切期望下，毅然立志研制中国最好的星载原子钟，这颗火热的“初心”一守就是20余年。

作为已经取得诸多成就的国内原子钟领域知名专家，梅刚华没有放松对自己的要求。怎样才能把铷钟做得体积更小，重量更轻，精度更高……一个又一个问题，他自问自答，在无数次枯燥无味的实验中，在堆满了试验品的仓库中，他和团队默默地寻找着答案。

如今，高精度的时间频率信息成为众多信息系统的关键要素，对原子钟的应用需求也越来越多。梅刚华的研究团队瞄准目前国际上原子钟的主要发展趋势，在高性能铷原子钟领域又取得了新的突破。

去年，他带领团队研制出一种超高精度星载铷原子钟，再次刷新了铷原子钟的性能指标。团队还以这些攻关成果为基础，开发出一系列星载铷原子钟，可以满足不同卫星平台、不同载荷的需要，形成“型谱化”产品。

“中国心”星载原子钟承载着中国卫星导航事业的发展，承载着梅刚华一生的愿望。心之所向，乐此不疲，他正不断前行。