刘亮，中国科学院量子光学重点实验室主任，研究员，博士生导师。他是天宫二号空间冷原子钟有效载荷的主任设计师，领导团队经过十余年艰苦钻研，完成了空间冷原子钟研制，随天宫二号发射升空并完成在轨运行。空间冷原子钟的在轨测试成功获得了国际上广泛关注。

8月26日，第二届中国空间科学大会在飞禽走兽老虎机：太原市开幕，刘亮研究员荣获第二届中国空间科学学会科学奖。“刘亮同志首次在空间轨道上实现了激光冷却和冷原子钟运行，在空间冷原子钟及空间超冷原子物理领域作出了开创性的贡献，为基于冷原子的量子传感在空间的应用铺平了道路。”——伴随着主持人诵读的获奖词，这位年近花甲的科学家不禁热泪盈眶……他步伐坚定地走上领奖台。

奖台近在眼前，但这条成功之路，他却走了十余年之久。

以梦为马 不负韶华

 刘亮在少年时期就表现出对科学的热爱。他的童年颇有几分传奇色彩。小时候家里没有人带他，父母就把他带到学校，跟着他们教书的班级随堂听课。有一次考试，老师也发给4岁的刘亮一张试卷，不测不知道，年龄小3岁的刘亮考试考了全班第一，于是老师就让他正式加入学籍并随班一起升入小学。一路走来，他15岁就上了大学，并把物理学研究当作一生的追求。19岁读硕士，师从中国量子光学专家王育竹院士。此后，他出国深造，在美国获得博士学位。

 2005年底，在上海光机所和王育竹院士的极力引荐下，刘亮回到曾经求学和工作的地方——中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室。

 2007年，在空间冷原子钟分系统首席科学家、中科院院士王育竹的指导下，刘亮领导的空间冷原子钟团队成立，开启了跨越两代人、长达十余年的攻关。

 2010年，刘亮他们团队接到任务，国家要求他们把冷原子钟实验搬到天上去。上天的项目，不论是原理、样机，还是初样、正样，都有着严格的时间节点，更何况他们要做的，是将一台3000万年误差不到1秒的精密仪器放到复杂的空间环境里稳定运行。“要么在实验室，要么在出差的路上。”刘亮这样形容原子钟的研制过程。从2010年10月接到任务，到2016年交出正样件，这5年是不堪回首的5年。刘亮说，他现在也不大愿意去回忆那时候的情景，因为他们每天都是从早到晚在实验室里面，没有白天，没有黑夜，也不知道外面四季的变化。直到正样交付之后，刘亮才规定团队成员以后加班时间不能再超过晚上11点。

 经过近10年的艰苦努力，中国第一台空间冷原子钟正样产品研制成功，在光、机、电、热、软件等方面通过了中国载人航天工程各类环模测试的检验，达到了满足火箭发射和空间在轨正常运行的要求。

梦想成真 遨游太空

 2016年9月15日，在酒泉发射中心，首台冷原子钟正样产品“搭乘”天宫二号飞往浩渺太空。“我们对它满怀着期望，同时也非常不舍。因为整个团队10年的心血就在这台钟上，而它以后是再也不会回来的。”刘亮说，发射的那晚，他们还非常焦急。“因为发射成功，只代表火箭发射成功，我们做了这么多年的工作，为的就是让这台钟扛过火箭发射时的巨大震动，扛过所有环境变化带来的影响。”

 在实验室里的时候，团队的成员们连大声说话都不敢。咳嗽一声，原子跑掉了；外面汽车经过一下，原子跑掉了；隔壁房间的电子仪器一打开，原子跑掉了……他们做了很多工作去解决这一问题。直到天宫二号发射成功后的第三天，收到了第一条来自太空的原子谱线，大家的心才放下来。

 空间冷原子钟被放置在天宫二号的密封舱中，而在距离该飞行器近400公里的地面，刘亮的团队无时无刻不在为这台钟忙碌着。“不是说冷原子钟做好了放到太空一通电就可以直接使用了，而是需要每天做海量繁复的工作。”刘亮说，“激光要调到准确位置，才能把原子冷却下来抓住，再用激光把它推出去，然后还需要在合适的时间之内打开微波，在合适的时间关掉微波；在合适的时间打开激光，在合适的时间返回信号……这一切都需要不断调整。”

 2019年7月19日，天宫二号实验室受控离轨并再入大气层，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。刘亮说：“我们在7月1日之前刚完成一轮实验，正准备下一轮实验的时候接到通知天宫二号要主动离轨，虽然我们早有准备但没想到来得这么快，不禁感到一丝惆怅，多想一直做下去。我们坚持到最后一刻，数据显示，冷钟一切正常，然后就没有然后了。好在我们有空间站，我们一定会在空间站再创辉煌。”

精益求精 永不止步

 在人类文明进步和科学技术发展的历史长河中，人类活动所带来的社会需求与时间测量的精度是密不可分的。刘亮介绍，如果说机械表1天差不多有1秒误差，石英表10天大概有1秒误差，氢原子钟数百万年有1秒误差，那么冷原子钟则可以做到3000万年到3亿年误差1秒。

 这只钟为什么会走得那么准？一言以蔽之，秘诀在于“高、冷”二字：一方面得益于太空中“天宫二号”的“微重力”环境，另一方面则因为其自身的“冷”。刘亮介绍，在微重力环境下，原子团可以做超慢速匀速直线运动，基于对这种运动的精细测量可以获得较地面上更加精密的原子谱线信息，从而可以获得更高精度的原子钟信号，实现在地面上无法实现的性能，这是原子钟和时间基准发展历史上的一次重要突破。

  “我们的终极目标是制造出在整个宇宙的生命周期内永远不会走偏一秒的时钟。”刘亮说。

 为什么科学家们执着于时间精度？曾有学者举过这样的例子：当计时误差在100纳秒量级时（一天的计时误差超过千分之一秒），通信网络、交通、金融系统、安全、电网发电等，就会陷入混乱；而导航卫星等对计时精度有更高的要求，如果误差超过10^-14（一天的计时误差超过十亿分之一秒），将会对导弹精密打击等高精准度导航定位产生不可接受的偏离。这是刘亮团队探索高精度空间原子钟的重要原因。天宫二号升空之前，他们的目标是实现3000万年误差1秒。但当这台冷原子钟在天上运行了34个月之后，最终做到了4200万年误差1秒。

 刘亮说：“航天事业是一个漫长的过程，我们首先发展了进入空间的能力，随后发展了空间应用的能力，在国家经济实力壮大之后，开始发展载人航天的能力。现在我们正在发展深空探测的能力。天宫二号是所有实验的第一步，未来空间站上还会做飞禽走兽老虎机科学实验。”  

来源：科学导报