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西安,航天504所。
秦念到的时候,是一个冬天的早晨。研究所藏在秦岭脚下的一条山沟里,三栋灰色的楼房,墙上爬满了枯藤。门口的牌子上写着“航天科技集团第五研究院第五〇四研究所”,字迹已经有些斑驳。
她下车的时候,冷风灌进领口,她缩了缩脖子。
接待她的是一个五十多岁的总工程师,姓李,叫李建国。头发乱糟糟的,眼镜片上有个裂纹,穿着一件洗得发白的蓝色工作服,上面有油渍和焊锡的痕迹。
他在504所干了二十八年,一天都没离开过。国内原子钟领域,他说第二,没人敢说第一。
“秦总师,欢迎。”李建国伸出手,声音有些沙哑。
秦念握了握他的手。那双手粗糙得像砂纸,指甲缝里有洗不掉的黑色。
李建国带她参观了实验室。
说是实验室,其实就是一间改造过的厂房。墙上刷着“自力更生、艰苦奋斗”八个大字,褪色了也没人补。地上铺着防静电地板,有些地方已经翘起来了,用胶带粘着。一排排机柜靠墙站着,密密麻麻的电路板裸露在外面,示波器上跳动着复杂的波形。
空气里弥漫着松香和焊锡的味道,混着一股说不清的霉味。
秦念注意到,角落里有一张行军床,床上的被子没叠,枕头边放着一瓶速效救心丸。
“李总工,你住这儿?”
李建国笑了笑,没回答。
他走到一台机柜前,拍了拍那个铁壳子,像拍一个老朋友的肩膀。
“秦总师,这就是我们做了十年的铷钟。”
“精度多少?”
“日稳定度,十亿分之一秒。”
秦念皱了皱眉。
“北斗需要百亿分之一秒。差了一个数量级。”
“我知道。”李建国的声音有些疲惫,不是今天疲惫,是那种积累了十年的疲惫,“我们试了所有办法。调温控、换材料、改电路结构——能试的都试了。就是提不上去。”
“差在哪里?”
李建国把她领到实验台前,指着一台正在运行的原子钟。那是一个铁灰色的圆柱体,上面插满了电缆,旁边连着示波器和频谱仪。
“核心是激光器。”李建国指着圆柱体内部的一个小元件,“原子钟的原理,是用激光把原子打到高能级,然后测量它们落回基态时发出的信号。激光频率必须锁定在原子的超精细能级上,不能有一丝一毫的漂移。”
他指着示波器上那条缓慢漂移的曲线。
“我们的激光器,频率会漂。温度一变,它就漂。湿度一变,它也漂。隔壁车间开个冲床,它都漂。我们用了最好的温控,最好的隔振,还是不行。”
“温度控制精度多少?”
“千分之一度。”
秦念摇了摇头。
“不够。需要十万分之一度。”
李建国苦笑了一声,那笑声里有苦涩,也有无奈。
“十万分之一度?秦总师,您知道那意味着什么吗?得用主动温控系统,加热器、制冷器、温度传感器、PID控制器,一整套下来,功耗几十瓦,体积比这个原子钟还大。卫星上装得下吗?卫星上每一克重量都要算计,每一瓦功耗都要争。”
他顿了顿,又补了一句:“而且,主动温控本身就会产生振动。振动对原子钟的影响,比温度还大。你解决了A问题,B问题就冒出来。解决了B,C又来了。我们在这个迷宫里转了十年。”
秦念没有说话。
她走到实验台前,蹲下来,仔细看着那个原子钟。
启动了“微观结构洞察”。
视野里,原子钟的内部结构一层一层地展开。她看到了铷泡——一个玻璃小球,直径大约两厘米,里面装着铷原子和缓冲气体。她看到了加热线圈——缠绕在铷泡外面,像一根细细的弹簧。她看到了磁屏蔽层、光路系统、光电探测器……
然后她看到了问题。
加热线圈的绕制方式,导致温度分布不均匀。线圈的间距不是完全一致的——有几圈密了零点几毫米,有几圈疏了。这个微小的不均匀,导致铷泡的一侧比另一侧高了零点五度。
零点五度。
这个温差在常规仪器上看不出来——因为温度传感器只贴在铷泡的一个点上。但铷泡另一侧的温度,传感器测不到。
而原子钟对温度极其敏感。零点五度的温差,足够让原子能级发生微小移动,导致频率漂移。
更重要的是,她看到了温度场的动态分布。热空气在机柜里对流,有的地方热,有的地方冷。虽然整体温控精度是千分之一度,但局部温差远远大于这个数。
“李总工,问题不在温控系统上。在结构设计上。”
秦念站起来,走到白板前,拿起记号笔。
她画了一张草图。
“用被动温控,不用主动。”
李建国走过来,盯着那张图。
图上画着一个多层结构:最里面是铷泡,外面包着一层相变材料,再外面是多层真空隔热层,最外面是外壳。
“真空隔热多层结构,把原子钟和外界隔开。里面加一层相变材料——白天温度高的时候,相变材料熔化吸热;晚上温度低的时候,凝固放热。不需要主动加热,就能把温度波动控制在十万分之一度以内。”
李建国盯着那张图,眼睛慢慢亮了。
“这个思路……您是说,不跟温度对抗,而是把原子钟和外界‘隔开’?”
“对。”秦念在图上画了几个箭头,“你们一直在想怎么‘加热’‘制冷’来对抗温度变化,但没想过怎么‘保温’。卫星在轨道上,环境温度的变化是有规律的——阳光区和阴影区交替。只要热容够大、隔热够好,内部温度波动可以做到极小。”
李建国沉默了。
他走到墙角那张行军床边,坐下来,双手抱着头。
秦念没有催他。
过了大概五分钟,他抬起头,眼睛里有了一种秦念没见过的东西。
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那不是希望,是某种更激烈的东西——像是一个溺水的人突然抓到了岸。
“秦总师,这个方案……理论上可行。”
“不是理论上。”秦念说,“工程上也能行。”
李建国站起来,走到实验台前,重新看着那个原子钟。
他伸出手,摸了摸那个铁壳子,像在跟一个老朋友告别。
“我们走了十年弯路。”他说,声音沙哑,“一直在做加法,没想过做减法。”
秦念走到他身边。
“李总工,我给你六个月。”
李建国转过身,看着她。
“六个月?”
“对。六个月内,我要看到满足北斗要求的铷钟。”
李建国深吸一口气。
“好。”
从那天起,秦念每个月都去一趟504所。
第一次去的时候,他们刚把真空多层结构搭起来。实验室里多了一台真空镀膜机,是从别的所借来的。一个研究生蹲在实验台验室里。
李建国的头发更乱了,眼睛里全是血丝。他看到秦念,第一句话是:“相变材料选什么?”
“石蜡。便宜,容易加工,相变温度合适。”
“石蜡体积变化大。相变的时候膨胀,会把结构撑变形。”
“那就换。用多元醇。体积变化小两个数量级。”
李建国在笔记本上记下来。他的字很丑,但每一个字都写得极用力。
第二次去的时候,温控精度达到了五万分之一度,还差一半。
秦念在实验室里待了三天,一个节点一个节点地排查。她测了每一层隔热材料的导热系数,测了每一个热电偶的响应时间,测了相变材料的纯度。
最后发现,问题出在热电偶的标定曲线上。
“标定曲线偏了零点五度。”秦念指着数据,“你们用的标定设备,精度不够。换个所重新标。”
李建国脸红了。不是尴尬,是自责。
“这个应该早发现的。”
“现在发现也不晚。”
第三次去的时候,已经是第六个月的最后一天。
秦念走进实验室的时候,李建国正站在原子钟前面。
他的眼圈黑得像熊猫,头发比六个月前更乱了,白头发多了一倍。工作服上有新的油渍和焊锡痕迹。但他的眼睛,亮得像两颗星星。
“秦总师。”
他的声音在发抖。
“成了。”
他让开身位,让秦念看示波器。
那条曲线,是一条笔直的线。
没有漂移。没有波动。就是一条笔直的线。
“日稳定度,百亿分之一秒。”李建国说,声音沙哑,“比设计要求还高了一倍。温度波动控制在八万分之一度以内。”
秦念看着那条直线,看了很久。
然后她问了一句让所有人都没想到的话。
“你多久没睡了?”
李建国愣了一下。
“三天。”他说,然后笑了,“值了。”
他转过身,走到墙角那张行军床边,坐下来,靠着墙,闭上眼睛。
三秒钟,他就睡着了。
秦念站在那里,看着这个五十多岁的男人蜷缩在行军床上,心里像被什么东西狠狠撞了一下。
她脱下自己的外套,盖在他身上。
然后她走出实验室,站在走廊里,靠着墙,闭上眼睛。
她的眼眶有点热。
不是因为成功了。
是因为,这个国家的科研人员,是用这样的方式,撑起这片天的。
走廊里很安静。远处传来隔壁车间的机器声,嗡嗡的,像某种古老的摇篮曲。
她站了很久。
然后她掏出手机,给陈启明发了一条短信。
“陈主任,原子钟,成了。”
三秒钟后,手机震动了。
陈启明回了一条:“好。下一站,卫星。”