當(dāng)你用手機(jī)掃碼支付，或者打開地圖導(dǎo)航時，你可能從未意識到，這些便利的背后，都在依賴一個龐大而精密的系統(tǒng)——時間同步網(wǎng)絡(luò)。

在這個系統(tǒng)中，最常被提及的是GPS。它不僅能告訴我們在哪兒，還能告訴我們現(xiàn)在幾點。依靠衛(wèi)星上搭載的超高精度原子鐘，GPS能夠為全球提供納秒級的時間信號，理論上，它完全可以成為一個全球授時體系。

那么問題來了：既然GPS已經(jīng)如此強(qiáng)大，為什么我國還要建設(shè)一套自己的授時系統(tǒng)呢？

GPS如何做到授時？

在很多人看來，全球定位系統(tǒng)（GPS）只是一個告訴你在哪里的導(dǎo)航工具。實際上，它的核心原理并不是看地圖，而是“測量時間”。

每一顆GPS衛(wèi)星上都搭載著多臺高精度原子鐘，它們持續(xù)發(fā)射帶有時間戳的無線電信號。當(dāng)你的手機(jī)或通信基站作為接收器同時接收到來自不同衛(wèi)星的信號時，就能通過比較這些信號的到達(dá)時間差來自己的具體位置。這個原理被稱為到達(dá)時間差定位法。

但在計算你的位置之前，你的手機(jī)或?qū)Ш皆O(shè)備必須先把自己的“表”和衛(wèi)星的“原子鐘”對準(zhǔn)。這是一個極其精細(xì)的過程——如果接收器的本地時鐘與衛(wèi)星時間存在誤差，即便只差幾微秒，也會讓定位偏差達(dá)到上百米。為了消除這種偏差，GPS系統(tǒng)在導(dǎo)航的同時，也向地面設(shè)備提供了極為準(zhǔn)確的時間基準(zhǔn)。這一過程，就是所謂的GPS授時。

GPS衛(wèi)星時間與國際標(biāo)準(zhǔn)時間并非完全相同，衛(wèi)星上的時間信息通過信號廣播到全球，實現(xiàn)定位和授時雙重功能。實際上，現(xiàn)代通信、金融、電網(wǎng)、交通等系統(tǒng)中大量設(shè)備都安裝了GPS授時模塊，用以保持時鐘同步，從高速鐵路信號系統(tǒng)到證券交易服務(wù)器，GPS時間幾乎無處不在。

為何一定要建設(shè)自己的授時系統(tǒng)？

從純技術(shù)角度看，GPS授時確實非常強(qiáng)大。它實現(xiàn)了全球覆蓋，無論是在大洋深處還是高原荒漠，只要能接收到衛(wèi)星信號，就能獲得統(tǒng)一的時間。其授時精度可達(dá)納秒級，足以滿足導(dǎo)航、通信、金融等領(lǐng)域的需求。同時，GPS信號對用戶免費開放、使用便捷，因此成為全球最廣泛使用的時間源。

然而，這種技術(shù)上的便利性背后，潛藏著戰(zhàn)略層面的風(fēng)險。首先，GPS信號從超過兩萬公里的高空傳至地面，功率極弱，極易受到自然環(huán)境或人為故意的電磁干擾，甚至可能被惡意發(fā)射的欺騙信號所篡改，導(dǎo)致接收設(shè)備獲取錯誤時間。

更關(guān)鍵的是，GPS作為一個由美國獨立控制的系統(tǒng)，其服務(wù)的開啟、關(guān)閉、維護(hù)與精度調(diào)整的權(quán)限完全掌握在他人手中。對一個主權(quán)國家而言，過度依賴外部系統(tǒng)意味著一旦出現(xiàn)技術(shù)故障或政治風(fēng)險，通信、電力、交通、金融等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施都可能陷入被動。

那么，我國已經(jīng)建成了自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是否就高枕無憂了呢？我國自主研發(fā)的北斗系統(tǒng)雖已實現(xiàn)完全自主可控，有效解決了“卡脖子”問題，但在實際應(yīng)用中仍存在物理局限，比如在深山峽谷、地下空間、水下等復(fù)雜地形中，衛(wèi)星信號容易受到遮擋，以及在強(qiáng)電磁干擾或網(wǎng)絡(luò)攻擊等極端環(huán)境下，其服務(wù)的連續(xù)性與可靠性仍面臨挑戰(zhàn)。

因此，為了構(gòu)建萬無一失的時間安全保障，我國必須發(fā)展不依賴于太空的陸地授時手段，形成了“天地一體、多源備份”的授時體系。長波授時信號如地下堅固的時間高鐵，在復(fù)雜電磁環(huán)境下提供穩(wěn)定授時服務(wù)；短波授時信號通過電離層反射實現(xiàn)廣域覆蓋，成為戰(zhàn)略備份，與衛(wèi)星系統(tǒng)形成互補。目前，我國正在建設(shè)全球規(guī)模最大、性能最先進(jìn)的高精度地基授時系統(tǒng)，通過光纖網(wǎng)絡(luò)，將時間同步精度推向皮秒級（萬億分之一秒），為前沿科技和未來產(chǎn)業(yè)提供更堅實的基礎(chǔ)支撐。

結(jié)語

當(dāng)我們能夠便捷地獲取“北京時間”時，背后其實是一個龐大而精密的國家授時體系在默默運轉(zhuǎn)。GPS雖能提供授時服務(wù)，但其可靠性與安全性存在固有風(fēng)險；北斗系統(tǒng)讓我們掌握了太空中的時間主動權(quán)，但國家仍需要堅實的地面支撐與多層備份。

時間，是現(xiàn)代社會不可或缺的隱形基石。它確保了通信網(wǎng)絡(luò)的同步、金融交易的安全、電力調(diào)度的穩(wěn)定，以及科研實驗的精度。一次微秒級的誤差，足以導(dǎo)致衛(wèi)星偏離軌道，或引發(fā)電網(wǎng)瞬間運行紊亂。

正因為如此，我國構(gòu)設(shè)“天地一體、多源互補”的授時體系，不僅是一項重大的科技工程，更是維護(hù)國家安全與科技自立自強(qiáng)的戰(zhàn)略舉措。只有真正掌握了自己的時間，我們才能牢牢把握國家發(fā)展的節(jié)奏。

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出品：科普中國

作者：楊超（中國科普作家協(xié)會會員、博士）

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