來源：人民日報海外版
在建的世界第一高橋貴州花江峽谷大橋是精準施工的典範。圖為該橋效果圖。新華社發
散裂中子源被譽為「超級顯微鏡」，能深入揭示物質的微觀結構。圖為位於廣東東莞的中國散裂中子源所在地外觀圖。新華社發
失之厘毫，謬以千裏。減少誤差，力求精確精準，一直是科技專家追求的目標之一。2024年，中國科技工作者繼續為這個目標而努力，並取得一系列突出成就，特別是在導航精度、計時精度、探測精度、施工精度等方面，給人們的生產生活帶來新的變化。
北鬥三號「收官星」發射入軌
增強導航服務精度可至分毫
9月19日，第59顆、第60顆北鬥導航衛星在長征三號乙運載火箭與遠征一號上面級的托舉下直沖九霄，之後按計劃順利進入預定軌域。至此，北鬥三號全球衛星導航系統正式收官。自1994年立項以來，北鬥系統工程走過30年非凡歷程，被打造成「中國的北鬥、世界的北鬥、一流的北鬥」。
百尺竿頭再進一步。隨著兩顆「收官星」發射入軌，北鬥系統執行穩定性和導航精度再次提升。據北鬥三號衛星系統總設計師、中國科學院微小衛星創新研究院副院長林寶軍介紹，北鬥的定位精度現已提升到厘米級，在交通運輸、搶險救災、農業生產、重大工程建設等諸多方面的套用價值進一步凸顯。
建立星間鏈路是北鬥三號進一步保持和提升導航效能核心手段之一。該技術旨在透過衛星之間的通訊和測量，實作組成星座的各衛星之間自主定軌、時鐘同步和協同工作，從而提高導航系統的精度和可靠性。據了解，新入軌的兩顆北鬥衛星搭載了新型星間鏈路終端，可以更好地實作與其他衛星之間的組網及資訊傳輸，不僅可以更好支撐北鬥系統穩定執行和北鬥規模套用，而且將為下一代北鬥導航衛星技術升級進行相關試驗。
建立北鬥星間鏈路的構想最早可以追溯到中國科學家開始研究衛星導航系統階段。北鬥三號建設啟動後，星間鏈路技術開始正式實施，從而助力北鬥三號構建起服務全球的衛星星座系統並不斷走向成熟和完善。
北鬥三號提升導航精度的另一項措施是建立地基增強系統。作為國家衛星導航高精度服務基礎設施，北鬥地基增強系統由基準站網路、數據處理系統、營運服務平台、數據播發系統和使用者終端五部份組成。基準站接收衛星導航訊號後，透過數據處理系統解算形成導航衛星精密軌域和鐘差等差分增強資訊，經衛星、廣播、行動通訊等手段即時播發給套用終端，套用終端利用差分增強資訊修正誤差，實作米、分米、厘米級以及後處理公釐級服務，廣泛服務於智慧網聯汽車、精準農業、智慧城市、測繪和土木工程建設等。
2024年，全國多省份在北鬥地基增強系統構建方面取得碩果。根據近日釋出的【四川省地理資訊工業發展報告（2024）】，該省目前已建成北鬥地基增強系統「一張網」，共有251座北鬥衛星導航定位基準站。湖北作為全國第一個建成省級北鬥地基增強網的省份，截止到9月末，全省地基增強基準站近700座，可提供即時厘米級增強定位服務。
高精度地基授時系統授時台開播
「北鬥」授時國際化取得突破
時間的準確性對於許多領域至關重要，無論是電話、電視、互聯網，還是衛星導航系統，都需要精確的標準時間來確保資訊的正確傳遞，在日常生活中，人們需要標準時間來規劃日程、安排作息等。對於我們而言，這個標準時間就是台北時間，而「執掌」台北時間的機構就是中國科學院國家授時中心。經過一代代科學家艱苦努力，中國不僅實作了台北時間的自主測量而且授時精度和授時保障能力不斷提升，2024年見證了台北時間和國家授時領域新的進步。
9月30日，高精度地基授時系統的敦煌長波授時台宣布建成並成功試播，這是中國科學院國家授時中心承擔的「十三五」國家重大科技基礎設施——高精度地基授時系統的重要組成部份。據了解，長波授時是目前最為可靠的地基授時手段。中國透過在甘肅敦煌、新疆庫爾勒和西藏那曲增建3個長波授時台，結合已有長波授時台站，可以實作長波授時訊號全國土覆蓋。中國科學院國家授時中心主任張首剛表示，高精度地基授時系統分別利用增強型羅蘭無線電長波授時技術和光纖授時技術的高可靠、高精度特征，建設與衛星導航授時相互獨立、相互備份、相互補充、相互增強的地基授時系統，與現有其他授時系統一起構建立體交叉、統一溯源、安全可控、效能先進的國家級授時系統，更好地支撐經濟社會執行和相關科技發展、更好地保障國家安全。
關於授時精度，張首剛表示，中國已建成目前世界上技術手段最為完備的國家授時系統，授時精度從最開始的毫秒級（千分之一秒）到了如今的百皮秒級（百億分之一秒），提高了7個數量級，處於世界領先水平，較好地滿足了國家需求。
中國科學家積極為「駕馭」國際原子時作出貢獻。4月釋出的國際計量局相關公報公布了銫原子噴泉鐘連續18個月的頻率數據，表明中國科學院國家授時中心自主研制的銫原子噴泉鐘被認可參與校準國際標準時間。該銫原子噴泉鐘裝置是張首剛領銜的課題組連續多年攻關的科研成果，此前已與其他校準國際原子時的基準鐘進行了8個月比對測量並獲得效能驗證。
衛星導航系統是目前覆蓋範圍最廣、使用價效比最高、廣泛套用於全球各行各業的授時服務系統。2024年，中國北鬥導航衛星系統的授時服務國際化取得新突破。6月，國際計量局釋出中國北鬥導航衛星星座授時監測結果，標誌著基於北鬥的授時服務獲國際認可，可以為全球提供精準可信的標準時間服務。2022年，國際計量局正式啟動基於北鬥的國際標準時間比對鏈路校準工作，對開展的授時監測工作給予充分肯定和高度評價，采納了中國相關機構提供的全部北鬥授時監測結果，促進了北鬥導航衛星系統的國際化套用。
九天之上精準探測海洋鹽度
「超級顯微鏡」二期開建
海洋鹽度數據在海洋環境預報、海洋生態預報、短期氣候預測、極地海冰監測等方面具有重要作用，而獲得大範圍連續穩定的高精度海洋鹽度數據是一大難點。長期以來，中國科學家主要透過海洋科考船或布防漂流浮標等方式，獲取海洋鹽度數據，數據覆蓋範圍和觀測連續性很有限。
11月14日，中國首顆海洋鹽度探測衛星在太原衛星發射中心發射成功，破解了上述難題，實作了全天時、全天候獲取全球海洋鹽度準確數據資訊，填補了中國星載海洋鹽度探測空白，提高了中國海洋觀測衛星綜合觀測能力。
翺翔於九天之上，衛星怎樣探測到海洋鹽度資訊並且還要做到精準呢？答案是透過測量「放射線亮溫」來實作。亮溫是衡量海面微波放射線強度的物理量，會跟隨海洋鹽度變化而變化，可透過微波放射線計進行測量。不過，海洋鹽度所帶來的亮溫訊號變化非常微弱，測量過程還會受海面溫度、海面粗糙度、人為訊號幹擾等因素影響，實作對放射線亮溫的準確測量並不容易。
為了準確捕捉並提取海水放射線亮溫，衛星研制團隊給衛星配備一批高精尖載荷，其中包括綜合孔徑放射線計和主被動探測儀，它們可以接收到海面微波訊號。該衛星對相關儀器的要求極高。據主被動微波探測儀的負責人、中國科學院國家空間科學中心研究員劉浩介紹，對連舌頭都無法辨別出的海水鹹度細微差別，衛星微波放射線計要從天上辨別出來，難度可想而知。劉浩帶領團隊創新設計的放射線計綜合利用多種技術，尤其是利用綜合孔徑技術實作高分辨率、寬視場成像，同時利用大孔徑反射面保證放射線計具有足夠的分辨鹽度變化的靈敏度，並且可以同時相容多頻主被動探測。
海洋鹽度探測衛星探測效率很高，它可以不間斷地記錄觀測數據，並在飛行至地面站接收範圍內時下傳數據，每天可獲取全球70%以上的海洋鹽度數據，每3天可完成一次全球覆蓋。
在微觀世界的精準探測領域，中國科學家也取得新成就，相關科技領域獲得新進展。7月，位於廣東東莞的中國散裂中子源的兩台譜儀裝置高分辨中子繞射儀、高壓中子繞射儀成功出束，這意味著中國散裂中子源的8台合作譜儀建設已基本完成，將顯著增強中國散裂中子源的多學科研究能力。散裂中子源被譽為「超級顯微鏡」，利用中子作為探針，具有極強的穩定性和卓越的穿透能力，能夠深入揭示物質的微觀結構，套用於很多方面。比如，在材料科學領域，透過最佳化鋼材的微觀結構，提高鋼材的強度和韌性。
1月，中國散裂中子源二期工程正式啟動。據悉，該工程建成後，譜儀數量將增加到20台，加速器打靶束流功率將從一期的100千瓦提高到500千瓦。屆時，中國散裂中子源的裝置研究能力將大幅提升，實驗精度和速度將顯著提高，能夠測量更小的樣品、研究更快的動態過程，為前沿科學研究、國家重大需求和國民經濟發展提供更先進的研究平台。
在建世界第一高橋誤差公釐級內
軌交橋梁完成精準「空中轉體」
中國基礎設施建設速度和規模贏得世界口碑，離不開不斷提高的工程精度。在2024年重大工程建設中，中國工程科技人員與廣大建設者按照工程建設和規劃藍圖施工，高度重視科學性和準確性，保障相關工程高效、高品質推進。
11月，在建的世界第一高橋——貴州花江峽谷大橋進行鋼桁梁吊裝，施工人員在距離水面620多米的高空，拼裝重達200多噸的鋼桁梁節段，最終誤差被控制在公釐級內。該橋總長2890公尺，主橋跨徑1420公尺，橋兩岸山高谷深、水流湍急，相對高度差將近2000公尺，在這種施工環境下，要達到如此堪稱完美的工程精度，面臨的挑戰之大可想而知。比如高風速，山谷中常有飆風和渦流，最高風速可達14級。為了掌握風的「動向」，抓住施工最佳時間視窗，有關方面在相應位置布設雷射雷達風控系統，不間斷捕捉風速、風向、風攻角等數據，在此基礎上再透過風洞實驗進行仿真模擬。此外，在橋體結構中，每段鋼桁梁都加裝具有導流作用的風翼板。
作為懸索橋，花江峽谷大橋有數百根索股，其中首根索股是其余索股的基準，對其精確定位是保障工程精度和精準施工的重中之重。為此，施工方除使用儀器分別從不同方向同時對基準索股進行測量、計算之外，還引入北鬥系統，獲取相關位置數據，進行24小時連續動態采樣，提高纜索架設精度。據了解，施工方整整用一天時間來架設首根索股架，並對其位置變化情況持續觀測一周，最終實作相對高差穩定在2公釐以內。
12月20日上午，北京軌域交通22號線平谷段施工現場，隨著現場總指揮一聲令下，120公尺跨度的橋梁上部結構在轉體動力系統牽引下開始順時針緩緩旋轉，2小時後，完成72度轉身，順利就位並與前方路段精準銜接。至此，該路線橋梁結構完成「空中轉體」，順利跨越大秦鐵路（山西大同至河北秦皇島的國鐵I級貨運專線鐵路），成為中國大型工程施工精度的一個最新案例。
為減少施工對大秦鐵路運輸的影響，22號線施工最終確定「先建後轉」，即先在大秦鐵路一側完成橋梁的澆築施工，隨後橋梁轉體，完成與鐵路兩側主橋梁的最後對接。完成如此大噸位、長跨度的橋梁轉體對施工精度要求很高。為此，施工方在橋墩下方安裝了一套球鉸轉盤，以鋼絞線和千斤頂推動橋墩旋轉。施工方用精密儀器測試采集牽重力、轉速、慣性力造成的移動距離等關鍵數據，並透過全站儀和視訊監控對整個轉體過程進行持續監測，從而確保轉體精確就位。（本報記者 張保淑）
【人民日報海外版】（2024年12月30日第09版）
