本报记者 张保淑
世界第一高桥贵州花江峡谷大桥正在建设中，它是精准施工的典范。此图为该桥的效果图，由新华社发布。
散裂中子源被称作“超级显微镜”，它能够深入地把物质的微观结构揭示出来。图呈现的是位于广东东莞的中国散裂中子源所在之地的外观图。此图由新华社发布。
失之毫厘，就会谬以千里。追求减少误差，力求做到精确精准，一直是科技专家所追求的目标之一。在 2024 年，中国科技工作者持续为这个目标而奋力拼搏，并取得了一系列极为突出的成就，尤其在导航精度、计时精度、探测精度以及施工精度等方面，给人们的生产生活带来了全新的变化。
北斗三号“收官星”发射入轨
增强导航服务精度可至分毫
北斗系统工程被打造成“中国的北斗、世界的北斗、一流的北斗”。
两颗“收官星”发射入轨后，北斗系统运行稳定性和导航精度得以再次提升。据北斗三号卫星系统总设计师、中国科学院微小卫星创新研究院副院长林宝军介绍，目前北斗的定位精度提升到了厘米级，其在交通运输、抢险救灾、农业生产、重大工程建设等诸多方面的应用价值进一步凸显出来。
北斗三号通过建立星间链路，这是进一步保持和提升导航性能的核心手段之一。此技术能够让卫星之间进行通信和测量，以此实现组成星座的各卫星能够自主定轨，能够实现时钟同步，还能够实现协同工作，进而提高导航系统的精度和可靠性。新入轨的两颗北斗卫星搭载了新型星间链路终端。这种终端能够更好地实现与其他卫星之间的组网以及信息传输。它不仅可以更好地支撑北斗系统的稳定运行和北斗规模应用，还将为下一代北斗导航卫星技术升级进行相关试验。
中国科学家开始研究卫星导航系统时，就有了建立北斗星间链路的构想。北斗三号建设启动后，星间链路技术开始正式实施钢材强度和韧性，这助力北斗三号构建起了服务全球的卫星星座系统，并且使其不断走向成熟和完善。
北斗三号提升导航精度的一项措施是构建地基增强系统。此系统是国家卫星导航高精度服务的基础设施。北斗地基增强系统由基准站网络、数据处理系统、运营服务平台、数据播发系统以及用户终端这五部分构成。基准站接收到卫星导航信号，接着通过数据处理系统进行解算，从而形成导航卫星的精密轨道以及钟差等差分增强信息。这些信息经卫星、广播、移动通信等方式被实时播发给应用终端。应用终端利用差分增强信息来修正误差，以此实现米级、分米级、厘米级以及后处理毫米级的服务。并且这些服务广泛应用于智能网联汽车、精准农业、智慧城市、测绘和土木工程建设等领域。
2024 年，全国多个省份在北斗地基增强系统的构建上取得了成果。近日发布的《四川省地理信息产业发展报告(2024)》显示，该省现已建成北斗地基增强系统的“一张网”，并且拥有 251 座北斗卫星导航定位基准站。湖北是全国首个建成省级北斗地基增强网的省份。到 9 月末时，全省的地基增强基准站将近 700 座。这些地基增强基准站能够提供实时厘米级的增强定位服务。
高精度地基授时系统授时台开播
“北斗”授时国际化取得突破
时间的准确性在许多领域都很重要。电话、电视、互联网以及卫星导航系统等，都需要精确的标准时间，以保证信息能正确传递。在日常生活里，人们需要标准时间来规划日程和安排作息等。对我们来说，这个标准时间是北京时间，“执掌”北京时间的机构是中国科学院国家授时中心。一代代科学家经过艰苦努力，中国实现了北京时间的自主测量。同时，授时精度和授时保障能力在不断提升。2024 年见证了北京时间和国家授时领域的新进步。
9 月 30 日，敦煌长波授时台建成并成功试播。它属于高精度地基授时系统，该系统是中国科学院国家授时中心承担的“十三五”国家重大科技基础设施的重要组成部分。据悉，长波授时是目前最为可靠的地基授时方式。中国增建了 3 个长波授时台，分别在甘肃敦煌、新疆库尔勒和西藏那曲。结合已有的长波授时台站，能够实现长波授时信号对全国的覆盖。中国科学院国家授时中心主任张首刚称，高精度地基授时系统借助增强型罗兰无线电长波授时技术以及光纤授时技术的高可靠、高精度特性，构建起与卫星导航授时相互独立、相互备份、相互补充且相互增强的地基授时系统。该系统与现有的其他授时系统一同组成立体交叉、统一溯源、安全可控且性能先进的国家级授时系统，从而能更有力地支撑经济社会的运行以及相关科技的发展，也能更好地保障国家安全。
张首刚谈及授时精度。中国已建成世界上技术手段最为完备的国家授时系统。授时精度从最初的毫秒级（千分之一秒）提升到如今的百皮秒级（百亿分之一秒）。提升幅度达到 7 个数量级。目前处于世界领先水平。也较好地满足了国家需求。
中国科学家在“驾驭”国际原子时方面积极贡献力量。4 月发布的国际计量局相关公报，公布了铯原子喷泉钟连续 18 个月的频率数据。这表明中国科学院国家授时中心自主研制的铯原子喷泉钟被认可参与校准国际标准时间。该铯原子喷泉钟装置是科研成果，由张首刚领衔的课题组连续多年进行攻关。此前，它已与其他校准国际原子时的基准钟进行了 8 个月的比对测量，并且获得了性能验证。
卫星导航系统目前覆盖范围广、使用性价比高，且广泛应用于全球各行各业，是授时服务系统。2024 年，中国北斗导航卫星系统在授时服务国际化方面取得新进展。6 月，国际计量局发布了中国北斗导航卫星星座的授时监测结果，这表明基于北斗的授时服务得到了国际认可，能够为全球提供精准可信的标准时间服务。2022 年，国际计量局正式开启了基于北斗的国际标准时间比对链路校准工作。他们对开展的授时监测工作给予了充分的肯定，也给予了高度的评价。并且采纳了中国相关机构所提供的全部北斗授时监测结果，这促进了北斗导航卫星系统的国际化应用。
九天之上精准探测海洋盐度
“超级显微镜”二期开建
海洋盐度数据在多个方面有着重要作用，包括海洋环境预报、海洋生态预报、短期气候预测以及极地海冰监测等。而获取大范围且连续稳定的高精度海洋盐度数据是一个较大的难点。长期以来，中国科学家主要借助海洋科考船或者布防漂流浮标等途径来获取海洋盐度数据，不过这些数据的覆盖范围以及观测的连续性都非常有限。
11 月 14 日，中国首颗海洋盐度探测卫星在太原卫星发射中心发射成功。此卫星破解了相关难题，能够全天时、全天候获取全球海洋盐度的准确数据信息。它还填补了中国星载海洋盐度探测的空白，提升了中国海洋观测卫星的综合观测能力。
卫星翱翔于九天之上，它是怎样探测到海洋盐度信息并且做到精准的呢？答案是借助测量“辐射亮温”。亮温是用来衡量海面微波辐射强度的物理量，它会随着海洋盐度的变化而发生改变，并且可以通过微波辐射计来进行测量。海洋盐度导致的亮温信号变化很微弱。测量过程会受到海面温度、海面粗糙度以及人为信号干扰等因素的影响。所以，要实现对辐射亮温的准确测量并非易事。
卫星研制团队为了能够准确捕捉并提取海水辐射亮温，给卫星配备了一批高精尖的载荷。这批载荷中包含综合孔径辐射计和主被动探测仪，它们有能力接收到海面的微波信号。并且该卫星对相关仪器有着极高的要求。主被动微波探测仪的负责人是中国科学院国家空间科学中心研究员刘浩。他介绍说，对于连舌头都难以辨别出的海水咸度的细微差别，卫星微波辐射计要从天上辨别出来，其难度是可以想象到的。刘浩带领团队进行创新设计，其辐射计综合运用多种技术。其中，特别利用了综合孔径技术，以此实现了高分辨率和宽视场成像。同时，还利用大孔径反射面，保证了辐射计具备足够分辨盐度变化的灵敏度。并且，该辐射计能够同时兼容多频主被动探测。
海洋盐度探测卫星探测效率颇高。它能够持续不断地记录观测数据。并且在飞行至地面站接收范围内时，能够下传数据。每天能够获取全球 70%以上的海洋盐度数据。每 3 天可以完成一次全球覆盖。
中国科学家在微观世界的精准探测领域取得新成就，相关科技领域有了新进展。7 月，位于广东东莞的中国散裂中子源的两台谱仪设备，即高分辨中子衍射仪和高压中子衍射仪成功出束。这表明中国散裂中子源的 8 台合作谱仪建设已基本完成，能够显著增强中国散裂中子源的多学科研究能力。散裂中子源被称作“超级显微镜”。它利用中子当作探针，具备极强的稳定性以及卓越的穿透能力，能够深入地揭示物质的微观结构，并且在很多方面都有应用。例如，在材料科学领域，能够通过对钢材微观结构的优化，提升钢材的强度和韧性。
1 月，中国散裂中子源二期工程开始启动。该工程建成之后，谱仪的数量会增加到 20 台，加速器打靶的束流功率会从一期的 100 千瓦提升至 500 千瓦。届时，中国散裂中子源的设备研究能力会有大幅提升。实验精度会显著提高，能够测量更小的样品。实验速度也会显著提高，能够研究更快的动态过程。从而为前沿科学研究、国家重大需求和国民经济发展提供更先进的研究平台。
在建世界第一高桥误差毫米级内
轨交桥梁完成精准“空中转体”
中国基础设施建设的速度与规模赢得了世界的赞誉，这离不开工程精度的不断提升。在 2024 年的重大工程建设里，中国的工程科技人员以及广大建设者依据工程建设和规划蓝图来进行施工。他们高度注重科学性与准确性，从而保障了相关工程能够高效且高质量地推进。
11 月，在建的世界第一高桥即贵州花江峡谷大桥开始进行钢桁梁吊装作业。施工人员身处距离水面达 620 多米的高空位置。他们在那里拼装重量为 200 多吨的钢桁梁节段。最终，误差被成功控制在毫米级的范围之内。该桥的总长度为 2890 米，主桥的跨径是 1420 米。桥的两岸山很高，山谷很深，水流非常湍急。两岸的相对高度差接近 2000 米。在这样的施工环境下，要达到如此堪称完美的工程精度，面临的挑战是非常大的。例如高风速的问题，在山谷中经常会有阵风和涡流，最高风速能够达到 14 级。有关方面为了掌握风的“动向”并抓住施工最佳时间窗口，在相应位置布设了激光雷达风控系统，持续不断地捕捉风速、风向、风攻角等数据。在此基础上，再通过风洞实验来进行仿真模拟。另外，在桥体结构里，每段钢桁梁都加装了具有导流作用的风翼板。
花江峡谷大桥作为悬索桥，拥有数百根索股。其中，首根索股是其余索股的基准。精准定位首根索股，对于保障工程精度和精准施工至关重要。为此，施工方一方面使用仪器从不同方向同时对基准索股进行测量和计算；另一方面引入北斗系统，获取相关位置数据，并进行 24 小时连续动态采样，以提高缆索架设精度。施工方用了整整一天时间来架设首根索股架。之后，对其位置变化情况持续观测了一周。最终，实现了相对高差稳定在 2 毫米以内。
12 月 20 日上午，在北京轨道交通 22 号线平谷段的施工现场。现场总指挥下达了指令。120 米跨度的桥梁上部结构在转体动力系统的牵引下开始缓缓旋转，且是顺时针方向。2 小时过后，该桥梁完成了 72 度的转身。接着顺利就位钢材强度和韧性，并且与前方路段实现了精准衔接。该线路桥梁结构完成了“空中转体”这一动作，接着顺利地跨越大秦铁路，大秦铁路是山西大同至河北秦皇岛的国铁 I 级货运专线铁路，此事件成为中国大型工程施工精度的一个最新案例。
为降低施工给大秦铁路运输带来的影响，22 号线施工最终决定采用“先建后转”的方式。首先在大秦铁路的一侧完成桥梁的浇筑施工，接着让桥梁进行转体，从而完成与铁路两侧主桥梁的最终对接。对如此大吨位、长跨度的桥梁进行转体，对施工精度有着很高的要求。基于此，施工方在桥墩下方安装了一套球铰转盘，通过钢绞线和千斤顶来推动桥墩旋转。施工方使用精密仪器来测试并采集牵引力相关的数据，包括转速、惯性力造成的移动距离等关键数据。同时，通过全站仪以及视频监控对整个转体过程持续进行监测。这样做的目的是确保转体能够精确就位。
