现代科学，追求的是可测量的真实。毫厘之差，就是正确和谬误的千里之别。“天神”对接、北斗导航、中微子刻度尺，这些科技重大成果向全世界宣布了新的“中国精度”。
一把“中微子刻度尺”，准确测量出新的中微子振荡几率，完美展现了“中国精度” 2011年11月3日，在高精度测控的支持下，“神八”和天宫一号上演了“双人舞”，标志着我国成为继苏、美后第三个自主掌握自动交会对接技术的国家目前，北斗系统定位精度由水平25米、高程30米提升为水平10米、高程10米;测速精度由每秒0.4米升至每秒0.2米。
CFP供图
包为民
张柏楠
图为大亚湾实验项目三号实验大厅
“天神”对接：万里“穿针”
2012年6月18日中午，央视新闻频道播出了一段奇异的镜头。
画面中呈现出一个划着刻度的十字，如同射击游戏里的瞄准镜一般正对前方。漆黑的背景里，一个圆柱形的机械装置在“瞄准镜”的锁定下缓缓靠近，身上同样带有十字，像个标靶。
这个节目收视率颇高，亿万观众目不转睛，屏息等待。
随着一阵轻微晃动，两个十字严丝合缝地嵌在了一起。电视里传出主播激动的声音：“神舟九号和天宫一号对接成功!”
屏幕上，航天员景海鹏竖起大拇指，刘旺紧握右拳，刘洋脸上露出灿烂的笑容。他们成为完成我国首次载人空间交会对接的英雄。
“与‘神八’任务相比，‘神九’与‘天宫’对接控制过程大致相同。但有了航天员的参与，对控制的精度和安全性要求更高。”北京航天飞行控制中心总师童斌表示。据了解，这次发生于数万公里以外太空、两个飞行器均以28000公里以上时速飞行情况下的对接，精度误差不超过一毫米。这精准的交会，为我国载人航天技术迈上新台阶提供了有力支撑。
近十年来，我国载人航天事业大步前行，留下了一个个坚实的足迹。2003年10月15日，神舟五号飞船由长二F火箭托举升空，杨利伟成为首位造访太空的中国航天员，中华民族千年飞天愿望得以实现;2005年10月，航天员费俊龙、聂海胜搭乘神舟六号飞船在太空遨游115个多小时，完成了我国首次“多人多天”航天飞行;2008年9月，翟志刚、刘伯明、景海鹏三名航天员在太空中打开了神舟七号飞船的舱门，翟志刚身穿我国自主研发的航天服“飞”出舱外，成为我国“太空漫步”第一人……
按照我国载人航天工程计划，接下来的空间交会对接任务会对测控精度提出更高要求。中国电子科技集团公司高级工程师陈建民表示，要在高速飞行状态下实现飞船和目标飞行器对接，这对两个飞行器的轨道、速度、姿态控制以及位置测量等方面的精度要求极高。稍有偏差，就可能把飞船抛向离目标飞行器很远的地方，或是把浪漫的“太空之吻”变成可怕的“追尾”。
“‘神七’任务完成后，我们对地面站测控设备进行了大改造，新的设备速度更快、测量精度更高，并能实现同时对两个目标进行测控。”他说。
在高精度测控的支持下，神舟八号飞船和我国首个目标飞行器天宫一号于2011年11月3日，在万众瞩目中上演了“双人舞”，标志着我国成为继苏、美后第三个自主掌握自动交会对接技术的国家。
而在神舟九号任务中，我国相继完成了自动交会对接、分离以及手动交会对接和分离。至此，我国已经成功突破和掌握了载人天地往返、航天员空间出舱和空间交会对接三大载人航天基本技术，建立起完整的天地往返载人运输系统，为正在研制建设的载人空间站及其运营系统奠定了坚实基础。[page]
北斗铷钟：300亿年仅差1秒
2012年10月25日23时33分，我国第16颗北斗导航卫星在长征三号丙火箭的托举下呼啸升空。随着它在太空棋盘上落定，北斗区域卫星导航系统建设已全部完成，其在亚太地区的服务能力已经跟美国GPS导航系统基本相当。
十多年前，北斗的诞生实现了我国导航系统从无到有。近年来，它更是快速成长，完成了由“粗”到“精”的蜕变。
1994年，我国正式拉开了北斗导航系统建设的大幕。2000年10月31日和12月21日，北斗试验卫星01、02星先后发射，创造性地利用两颗地球静止轨道卫星实现了区域导航定位。2003年12月15日，北斗卫星导航定位试验系统正式开通运行，成为继美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯系统之后，全球第三个建成并投入使用的卫星导航定位系统。
此时，我国也已开始新一代北斗导航系统的研制。
2004年，北斗区域卫星导航系统工程正式立项，各项工作全面启动，经历8年时间，完成了所有卫星的发射任务，形成了覆盖亚太大部分地区的服务能力，精度达到10米以内。
“与2011年试运行时相比，北斗目前的服务能力又有了大幅提升。”北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其去年年底在国新办举行的发布会上表示，在2012年里，北斗系统发射了四箭六星，并采取了一系列的措施提高系统精度和稳定性，扩展了系统覆盖区域。其覆盖区域由东经84度至160度扩展到东经55度至180度;系统定位精度由水平25米、高程30米提升为水平10米、高程10米;测速精度由每秒0.4米升至每秒0.2米。
除组网卫星数量以外，导航定位的精度更是取决于系统的时间精度，卫星上装载的铷原子钟便是保障时间精确的关键设备。
“上世纪六七十年代我们有原子弹，现在我们有了原子钟。”中国航天科技集团公司总经理马兴瑞表示。
北斗系统建设之初，国内缺乏铷原子钟的研制经验，为了增加可靠性，最初北斗卫星装载的铷钟有2台是国产，2台从美国进口。当时进口铷钟的天稳定度约为10-9秒，即每天误差为十亿分之一秒，高于国内产品。经过几年的艰苦攻关，国产星载铷钟的研制成功突破了国外技术封锁，不但解决了长寿命设计、空间环境适应性等问题，产品的天稳定度更是进入10-14量级，精度最高的产品大约每300亿年的误差仅为1秒，跟美国GPS最好的星载铷钟技术指标相当。
马兴瑞透露说，接下来航天科技集团将全力推进我国导航系统建设第三步——北斗全球卫星导航系统的研制攻关工作，力争在2014年左右发射首颗试验卫星，以更好地验证全球系统建设中的各项关键技术。[page]
寻找第三种中微子振荡：沧海觅一粟
科幻电影《星际迷航》里，神奇的“反物质”为太空飞船提供了不竭动力，让科幻迷们心驰神往。2012年3月8日，大亚湾中微子实验国际合作组发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率，在破解“反物质之谜”的道路上迈出决定性的一步。
在这项中美合作开展的大型实验中，承担着刻度系统的安装、调试、取数和物理分析工作的上海交大刘江来中微子团队做出了关键性贡献。他们用这把“中微子刻度尺”，准确测量出新的中微子振荡几率，在这一世界性成果中展现了“中国精度”。
中微子是一种不带电，质量极其微小的基本粒子，有三种类型，占构成物质世界12种基本粒子的四分之一，在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中扮演着极为重要的角色。它有个特殊的“脾性”，可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型，也就是人们所说的“中微子振荡”。对中微子三种类型进行转换，可以形成三种振荡，但科学家此前只发现了两种，第三种振荡是否存在，如何存在?这一直是物理学领域里的一个谜。
2003年，有专家提出利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，寻找中微子的第三种振荡。该方案最终得到采纳。经过数年准备，大亚湾中微子实验于2011年12月24日开始进行。
一直注重研究国际重大科学前沿问题的上海交大，在上海市科委的支持下成立了上海市粒子物理和宇宙学重点实验室，致力于微观和宏观世界最前沿的科学研究。刘江来的中微子团队就是该实验室的若干研究团队之一。
据介绍，中微子在探测器里反应时会发光，能量越高，光就越多，因此通过观测光的量可以计算出中微子的能量。然而，两者之间并非简单的倍数关系。刘江来团队在实验中的任务，就是掌握其中的转换关系。
“测量首先要有标准，正如测长度需要尺子，称重量需要砝码。”刘江来介绍说，“刻度系统就是以几种已知能量的放射源为标准，将其放入探测器，推算能量与光之间的转换关系。”
这套刻度系统是实验能量精确测量的关键之一。为尽量减小误差，该团队客服了重重困难。由于中微子与物质相互作用极微弱，不易直接测量，本次实验采取的方法是让中微子与探测器内的质子反应，产生中子和正电子，再通过探测中子和正电子来间接测量中微子。因而中子探测效率的精确测量直接关系到中微子探测的准确性，是整个实验的误差控制当中最重要的环节之一。为此，该团队对中子探测效率进行了细致的研究。
同时研究人员还发现，刻度系统所使用的放射源即使在完全保护的情况下，也会在探测器中产生少量虚假的疑似中微子信号，所占比例不到0.1%。即便是这么一点“杂质”，刘江来团队也没有放过。他们对这部分疑似信号的量进行了计算，其结果最终被列入大亚湾合作组公布的官方数据。另外他们还独立计算了宇宙射线带来的部分疑似信号，很好地验证了合作组其他成员的分析结果。
大亚湾中微子实验结果公布后，在国际上引起了热烈反响。英国《自然》杂志在线版以《对中微子震荡的创纪录式精密测量》为题，发表文章称：“幽灵般的亚原子中微子，从一个形态转化为另一个形态——即中微子振荡的几率，这个曾经可望而不可及的参数，现已被首次精确地测量。”[page]
■专家展望
神舟十号年中发射 天宫二号正积极研制
每次神舟飞船的发射都有新的突破，神十什么时候发射?将肩负着什么新使命?中国航天科技集团第五研究院，载人飞船系统总设计师张柏楠代表说：“神舟十号的发射时间窗口为今年6到8月份，到时将根据具体情况确定。”他说，神舟十号的任务和以前最大的区别是，这是神舟飞船第一次进行应用性飞行。所谓应用性飞行，有些类似美国航天飞机和俄罗斯联盟飞船，就是执行正常运输任务。神舟飞船已经基本定型，神舟十号没有新的大的技术变化，只做了一些小调整。
天宫一号将会有怎样的“继任者”，对此，张柏楠表示：“天宫二号的任务和最终要建立起来的空间站结合得更紧密，科学试验项目也更多，正在积极开展研制。按计划，2020年前后我们要发射空间站，天宫二号肯定要在这之前上天。”他说，2011年9月份发射的天宫一号，设计寿命两年。作为轨道飞行器，天宫一号任务一旦结束会按国际惯例做主动离轨，返回到大气层烧掉。从目前看，天宫一号状态非常好，推进剂剩余量还相当多，设备状态也很好。
“完成与神舟十号的交会对接以及科学试验项目后，天宫一号的后续任务将进行评估研究，看怎么能最大限度发挥效益。”张柏楠说。
北斗：为一期工程“护网” 为二期工程“画网”
“如果说此前我们是在为北斗一期工程‘织网’，那么今年的主要工作就是为该系统‘护网’，以及为今后的北斗二期工程‘画网’。”全国政协委员、中国航天科技集团公司科技委主任包为民介绍说。
经过连续三年的密集发射，北斗区域卫星导航系统建设完成，已正式向亚太及周边地区提供连续、稳定的区域导航服务，导航精度达到10米左右，测速精度在每秒0.2米左右，技术指标基本与GPS持平。至此，北斗系统一期工程画上了圆满的句号。
“今年没有北斗导航卫星的发射任务，主要工作是保证在轨卫星的运行安全可靠，为系统安全稳定提供导航服务做好保障。”包为民说。他表示，为了增加系统稳定性，未来该系统还将在原有基础上布局几颗备份卫星。备份星的技术状态梳理、可靠性提升、元器件更换以及单机生产等问题均已提上日程。
按照北斗卫星导航系统建设“三步走”的发展规划，北斗二期工程即全球卫星导航系统目前也已正式启动。“为二期工程‘画网’，也是北斗团队今年的重要工作。”包为民说，“必须把‘网’画好，基础打牢，才能确保后续工作按计划有条不紊地展开。”
他认为，北斗系统一期、二期工程必须有效衔接，不能断开，同时该系统的应用推广工作也需齐头并进。据介绍，北斗全球卫星导航系统首颗实验卫星计划于2014年左右实施发射，以更好地验证全球系统建设中的各项关键技术。同时航天科技集团公司将积极推动北斗应用推广和产业化工作，促进北斗芯片和模块的研发，努力使天边的北斗尽快“接上地气儿”，在百姓日常生活中发挥作用。[page]
■创新驱动
空间技术成果端上餐桌
中国载人航天工程新闻发言人近日宣布：我国将于今年实施天宫一号与神舟十号载人飞行任务，开展载人天地往返运输系统首次应用性飞行。全国政协委员、中国载人航天总工程师周建平则在两会召开前夕透露：神舟十号任务之后，我国载人航天工程将进入空间站建造阶段。
在许多人听来，这些话题仿佛遥不可及。实际上，随着我国载人航天工程稳步推进，不但拉动了众多高新技术飞速发展，同时也早已渗透到人们日常生活中。
全国政协委员、中国航天科技集团公司科技委主任包为民表示，我国载人航天工程实施20年来，除突破和掌握载人航天一系列关键技术外，还有力推动了能源、信息、控制等领域的发展，带动了电子、材料、制造、化工、冶金、纺织多个行业的工艺创新和产业提升，形成了巨大的拉动和辐射效应，为国民经济建设作出了突出贡献。
据了解，近年来我国研制的1100多种新材料中，大约80%是在空间技术的牵引下研制而成。同时，集卫星通信、特种探测、仿真技术等于一体的“智慧城市”，面向重大赛事、活动的智能安保系统，针对超高建筑的高层楼宇灭火系统，有效防止偷漏税的增值税发票防伪税控系统，以及气象预报、防灾减灾等，均离不开航天科技的贡献。
许多通过航天育种培育的农产品，也早已端上了千家万户的餐桌。航天育种是指利用空间环境中宇宙辐射、微重力和弱地磁场等多种因素，诱使农业生物遗传变异，再通过严格的地面选育获得优良农作物品种的过程。我国从1987年开始探索航天育种至今，共有20多次利用返回式卫星和神舟飞船，搭载了上千种作物种子、试管苗、生物菌种和材料，获得了大量产生变异的新性状品种。目前我国拥有经过太空搭载的农作物共计九大类393个品系，育成并通过国家或省级鉴定的新品种达到70多个。
此外，航天科技中的液气分离、食品脱水、卫星通讯等成果，应用到生活中就有了尿不湿、方便面蔬菜包、运动鞋和卫星电视等产品。
“目前已有近2000项空间技术成果移植到国民经济各个部门，在服务于百姓生活的同时，创造了可观的经济社会效益。”包为民表示。(付毅飞)
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