在离浩瀚星空最近的地方，也是一个承载了无数航天工作者梦想的地方，这里是海南文昌航天发射场，那年的10月31日15时37分，伴随着“5、4、3、2、1……”倒计时的读秒后，天空中猛地炸开两团白雾，火箭直刺苍穹，欢呼声、呐喊声、掌声不绝于耳。在观看的人群中，他们目光坚毅，个个都用力拽着横幅，眼里的泪水在阳光的照射下熠熠发光。
伴随着世界首台空间冷原子光钟子系统一同升空的短短几秒钟，便是由国防科技大学邹宏新教授带领的光钟团队“1＋5”的迷你型，作为核心单位参与研制波澜壮阔4年的缩影。
融入激光器方案 推动光钟研发新进展
2018年5月，已经立项了2年的空间光钟项目，关键技术攻关还未完成，迟迟无法转入初样研制阶段，原因在于基于空间应用的半导体激光器做不出来。涉及国家重大工程的项目都有严格的倒排工期，一刻也耽误不得，邹宏新临危受命，迅速组建初期攻关“1＋3”的小团团队，团队虽小却精，一个人当三个人用。短期技术攻关后，他们提出了类同步调谐外腔半导体激光器方案，并开展了一系列力学和温度试验，证明了方案的可行性。
当年11月，邹宏新团队协助科学总体单位完成了空间光钟关键技术攻关验收，转入初样研制阶段。次年10月份，国防科技大学正式作为共同承研单位，加入了国家空间站光钟分系统研制队伍。
高难度“收纳”俨如把大象装进冰箱
因为空间光钟系统是整个梦天实验舱中最复杂、难度最高的一个子系统。国家队是进去了，但邹宏新团队面临的质疑仍然存在。当时，世界上所有的光钟系统都是地面实验系统，仪器设备和光学系统零件，大大小小，板载绕接，在实验平台上琳琅满目，能够塞满整个屋子。要把光钟系统送上天，得把这成堆的仪器设备和光学组件按照功能单元集成到两个0.1m3的箱子里，这个难度无异于把大象装进冰箱里。
高难度却促成了邹宏新的深度参与，激光器合同签订的条款不变，合同之外的光钟电控、核心软件、系统集成和结构设计等，由总体单位负责购买材料，他们则负责研发并做出成品，包工不包料，且包工的部分全部免费。邹宏新10多年来在电路方面的积累很多、也是这样做的底气，而且只做光钟控制方面的电路。
据此做出的方案很快出来了，大象勉强地能够装进冰箱。他们拿着三维设计图，用电脑给总体汇报时，领导们为他们的创新设计惊讶得瞪大了双眼，因为世界上从来没有人这样想过，更没有这样做过。这个虽然让总体单位看到了希望，但要真正上天，还是任重而道远。
创新研发 摆脱依赖进口
在光钟领域，90%以上的设备依赖进口，激光器的进口率更是高达99%，要把光钟送上天，必须自主研制，否则会惹来一堆麻烦。但业内很多人公开断言，自研空间光钟系统根本做不成。
当质疑的论调来到面前，最好的不是语言回怼，而是用事实回击。邹宏新默默地吞下了委屈和苦闷，更为全身心地投入这份为国而战的光荣事业。
团队主要成员
同在光钟领域的师兄、时频柜副主任设计师常宏看得很清楚，他说：“要坚持做核心部分，激光器、物理、电控，必须以我为主，不能外包。在国内，我们就要做到最好，要有这个自信。”他的一席话对于邹宏新来说，既是鼓励也是支持。
负责系统总体方案设计的邹宏新，对于网口和USB传输等问题都不放过，疫情期间亲自对着开发板验证方案的可行性。在调试阶段还经常拿着螺丝刀和电烙铁爬上爬下，带头解决各类技术问题。电子学设计师刘云设计调试的电控系统，上万个元器件，无一差错。软件设计师周勇壮创造性地实现了激光器软件自动调优和光钟闭环功能。结构设计师贺德晶完成了1200个机械零件的功能归拢。激光器设计师王文海提出了激光器的创新方案。软件设计师沈咏负责图像传输配置项的软件编写和方案论证。各个成员都身怀绝技，使所有设备均为自研完成，光钟系统做到了自主可控。
转为正样研制阶段，邹宏新带领团队成员，直接进驻西安，与常宏的团队一起，进行装机调试，一待就是8个月。
2022年7月，邹宏新参与研制的全自研空间光钟子系统顺利完成北京整柜联调，发往天津装舱，并运往文昌航天发射场，作为最为重要的科学实验和时间基准载荷，装入火箭的胸膛。
光钟是最前沿的原子钟，30亿年差1秒。上了天的光钟，就是一个天基的时间基准。有了天基的高精度光钟，既可以开展重要的空间科学实验，更重要的是北斗卫星的星载原子配合。而时间精度越高，导航的定位精度也越高。
“项目瞄准世界最高水平，具有很高的科学价值和潜在应用价值，为提高我国导航定位、空间信息等重大领域时频精度具有标志性意义。项目组以高水平科技自主自强为己任，敢于挑战，团结拼搏，艰苦奋斗，开展有组织的科研，对量子科技前沿领域做出了重要贡献。”也在发射现场观看的，该项目指挥、国防科技大学理学院院长张军激动地表示。
对于光钟，顾名思义，其输出信号即振荡频率处于光频段，这与传统的微波段原子钟完全不同。光钟的操作手段依靠先进的激光器、光梳等精密光学设备。较传统原子钟，光钟的振荡频率提高了约十万倍，是目前最精确的原子钟。对于冷原子钟，其原理是通过光学、磁场技术等手段，把原子的温度降下来，降到了多少呢？接近绝对零度（也即约零下两百七十三摄氏度），真的是名副其实的“冷”原子了。由于太冷了，原子飞行也慢了很多。常温下，原子以数百米每秒的速度不停的飞来飞去、横冲直撞，而“冷”原子的飞行速度则变化为十厘米每秒，原子之间的碰撞几率也大大降低了。这样，由原子飞行及碰撞引入的一些能够影响性能指标的效应得以削弱，整钟性能指标得以提升。
光钟原理图
有了稳定的原子样品后，还需要一个非常稳定的光频段的电磁波振荡源：超窄超稳激光器，作为钟跃迁激光。这种激光器是将一束激光锁定在一个超低膨胀系数的石英玻璃光学腔上，这种材料在某个特定温度可以实现零膨胀系数，并且光学损耗要降到几十万分之一，以此确保激光的线宽达到1Hz以下。然后用这束激光去照射冷却下来的原子，激发相应的能级跃迁，最后获取纠错信号反馈控制这台激光器的长期漂移，这样就获得了一个稳定性非常好的光学频率标准，俗称光频标。
光频标可用于光学计量，但不能直接用作“钟”，这是因为光频段的信号无法直接应用到日常的电子设备中，因此，还需要一台精密的光学设备将光频标转化为常用的微波频标，这种设备称为光学频率梳。它就像一把尺子，尺子的一边是微波频段，尺子的另一头是光频段，将光频段的信号锁定到光频标上就可以实现同等精度的微波信号。
至此，完成上述三个步骤就构成了一套完整的光钟，它分别融合了1997年（原子的激光冷却技术）和2005年（飞秒光梳和超稳激光技术）两项诺贝尔奖技术。二十一世纪初期，国际上开始进入光钟研制的热潮，指标不断刷新，目前最好的光钟指标已经进入10-19量级（300亿年差1秒），超过目前最好的微波原子钟3个量级。我国的光钟研制普遍晚于国际上其它国家，指标也与国际先进水平存在一定差距，但在光钟工程化和应用方面，我国却走在了国际前列，帅先将世界第一台“准工程化”的光钟放入了中国空间站。
来源：中国网 作者：孔祥库