Володарі часу

1. атомний годинник
2. місто наступає
3. Машина часу

Наши партнеры ArtmMisto

9192631770 періодів електромагнітного випромінювання атома цезію-133. Автор не зійшов з розуму. Мовою фізики це одна звичайна секунда. На цей раз «Репортер» побував в іркутському «інституті часу». Справжнє його назва я повідомлю трохи пізніше. Ви побачите, як виглядають атомний годинник. Дізнаєтеся, чому їм потрібно не менше 10 мільйонів років, щоб «втекти» всього на одну секунду. І що може змусити годинник зупинитися вперше за 40 років безперервної роботи.

Коли я була маленькою, мене страшно цікавило питання - ось є в Іркутську дивний будинок з назвою ВНИИФТРИ, а де ВНІІФОДІН і ВНІІФДВА? А тепер я скажу вам правильна назва того, що в Іркутську охрестили «інститутом часу». Східно-Сибірський філія Всеросійського науково-дослідного інституту фізико-технічних і радіотехнічних вимірювань (ВСФ ВНИИФТРИ). У 1965 році, коли на скельному грунті поблизу майбутнього селища Ювілейний виріс цей інститут, він називався Сибірським філією ВНИИФТРИ. Тільки не «всеросійського», а «всесоюзного». Пізніше філія стала самостійним Східно-Сибірським НІІФТРІ (ВС НІІФТРІ), а з жовтня 2007 року - Східно-Сибірським філією ФГУП «ВНИИФТРИ». Власне, це він відповідає за «сигнали точного часу» для території Сибіру і Далекого Сходу.

«Для чого взагалі потрібні ці сигнали?» - ця природна думка виникла у мене, як у людини, ніколи не володів ні балістичною ракетою, ні поганеньким космічним кораблем. І я вирушила до інституту.

- Єдина система заходів - одна з основ держави, - сказав директор ВСФ ВНИИФТРИ Віктор Єгоров. - Як грошова система, як оборона, як геодезія. Говорячи простіше, метр на всій території країни повинен бути єдиним, кілограм - теж і час (секунда) також. Здавалося б, чого простіше - підвести стрілки по всій країні. А завдання-то дуже складна, якщо потрібна висока точність. Космос, оборона, навігація, енергетика, магістральні канали зв'язку - ось точки, де взагалі все розвалиться без сигналів точного часу.

- Цілий інститут 40 років підводить годинник?

- Чи не підводить годинник, а синхронізує власний вторинний еталон часу і частоти з державним еталоном часу і частоти. У країні створена єдина ланцюжок еталонів: в Москві, Новосибірську, Іркутську, Хабаровську і Петропавловську-Камчатському. Первинний еталон зберігається в головному інституті ВНИИФТРИ, в підмосковному «ящику» в Менделєєве. Решта чотири міста мають вторинні еталони і синхронізують з державного. Оскільки Росія - країна велика, то навіть передача сигналу радіохвилями йде з похибкою. Тому постійно, щодоби, час потрібно синхронізувати. Але ми не тільки часом займаємося. У інституту п'ять еталонів - три державних і два вторинних: еталон часу і частоти і еталон постійної напруги.

- Але нас цікавить час. «Вторинний державний еталон часу і частоти» - що це?

- Це годинник, тільки атомні. Я вам їх покажу.

атомний годинник

«Еталон-копія ГЕВЧ СРСР» - табличка на двері ще радянська. Коли я думала, що за цими дверима, уява малювала дивну картину. «Над цементною підлогою залу височів тільки невелику ділянку блискучого відполірованого обода гігантського Колеса, вісь обертання якого лежала десь в нескінченності, чому обід виглядав просто стрічкою конвеєра, що виходить з однієї стіни і йде в іншу ... Кілька бісів з обслуговуючого персоналу грали у Колеса - схоплювалися на обід, проїжджали до стіни, стрибали і мчали назад ». Все виявилося простіше і цікавіше. Нас пустили туди, куди зазвичай і самі працівники ходять рідко. Атомний годинник не можна турбувати.

На атомний годинник не можна не тільки дихати, а й просто перебувати поруч. Одна людина за три хвилини здатний нагріти повітря в кімнаті на цілий градус

Розповіді про те, що під інститутом «п'ятиповерховий будинок під землею», виявилися міфом. Атомний годинник розміщені в цоколі будівлі, в двох суміжних кімнатах. У них досить прохолодно, стоїть столик чергового. «Ось вони, атомний годинник», - Віктор Єгоров показує на кілька «шаф» з вузенькими екранами, на яких світяться цифри. Всі прилади - ще 70-х років виробництва. У відповідь на моє здивування начальник відділу часу і частоти, вчений зберігач еталону Владислав Акулов посміхнувся: «А що вас дивує? Система «Тополя» - винахід приблизно тих же років, і нічого, страх наводить ». А Віктор Єгоров ласкаво торкається до одного з «шаф».

- Це ненадовго, скоро все змінимо. А поки ось вони, шість наших водневих стандартів, працюють.

- Водневі стандарти?

- Ну як вам простіше пояснити, що таке атомний годинник? Пам'ятайте зі школи модель атома? Ядро, а навколо нього по декільком орбітах рухаються електрони. Кожна орбіта - енергетичний рівень. Коли електрон перестрибує з вищою орбіти на більш низьку, він випромінює квант енергії, електромагнітну хвилю строго певної частоти. У лазері цей ефект ви можете бачити як випромінювання. Це оптичний діапазон. Те ж саме можна спостерігати в радіодіапазоні, що не видимому оці. Наприклад, атом цезію випромінює строго на частоті 9 гігагерц 192 мегагерци 631 кілогерц 770 герц. Частота цього випромінювання мало від чого залежить - температура на сам перехід майже не впливає, тільки на електроніку, яка його фіксує. Впливають магнітні поля, зокрема поле Землі, але дуже незначно. Тому-то це дуже стабільний процес. Він і прийнятий за одиницю виміру часу. Наприклад, у всьому світі секунда визначається як 9192631770 періодів електромагнітного випромінювання атома цезію-133. А пристрої для отримання таких електромагнітних коливань зі стабільною в часі частотою називаються «квантові стандарти частоти». Існують цезієві, рубідієві, водневі стандарти частоти. Ось у нас в інституті - водневі.

Віктор Єгоров підводить нас до задньої стінки одного з «шаф». «Загляньте всередину, - посміхається він. - Відчуваєте, як холодно в кімнаті? Коливання температури тут дозволені тільки в один градус, інакше апаратура почне «брехати». А всередині у стандарту ще й свій власний термостат і екран від магнітного поля Землі. Якщо зовсім популярно, то там всередині стрілка компаса не працює. Всі ці хитрощі для того, щоб стандарт працював максимально точно. Уявіть собі, сучасна нестабільність цих стандартів чистоти - 10 в мінус 15-й, 16-й ступеня.

- Я остаточно заплуталася в термінах і цифрах.

- Буду простіше. Якби наш годинник пропрацювали 10 мільйонів років, то пішли б тільки на одну секунду.

Оператор - як доктор. Він зобов'язаний стежити, чи стабільна температура і як змінилися за добу близько 40 показників «здоров'я» атомного годинника. І чи добре себе веде «група» з шести водневих стандартів. Навіщо їх так багато? «Вони, хоч і квантові, все одно по-різному йдуть, - пояснює Віктор Єгоров. - Життя в них якась є своя, як в будь-якому приладі. Уже в 14-15 знаку після коми у них бувають різні показники ». «Ну от уявіть: ви на безлюдному острові втрьох, і у кожного годинник, - додає Владислав Акулов. - У одного поспішають, у іншого відстають, а у третього - рівно йдуть. Але ви не знаєте, у кого правильно. Тому порівнюєте і виводите середній час. Істинне час вашого острова. Тут все так само ». Наприклад, в американській військово-морській обсерваторії, що є національним сховищем часу і частоти США, розміщено близько вісімдесяти цезієвих і двадцяти водневих стандартів. А в Менделєєве - близько 20 водневих стандартів.

Годинники - це не тільки кімната з водневими стандартами. Це ще кілька кімнат. «Ось тут йде головний рахунок, - проводить нас Владислав Акулов в кімнату, заставлену приладами. - Тут знаходяться автоматизовані системи контролю, йде синхронізація нашого еталона з іншими еталонами часу. Вважайте, що ось тут, в цій кімнаті, найточніше час в Східному Сибіру ». Щодоби усереднені дані йдуть в столицю. Тільки вимірювальної інформації не менше 2-3 мегабайт на добу.

- Можете пропустити, наприклад, добу?

- Ні. Щодоби ми повинні синхронізуватися з Москвою. Наш час має бути зведено з московським в межах ста наносекунд. Це одна десята мікросекунди. Що це таке? За одну наносекунду світло проходить 30 сантиметрів. У мікросекунду - 300 метрів.

- Простіше кажучи, наші ідеали «цокає» одночасно.

- А з ким звіряються в Менделєєве?

- Первинний еталон часу і частоти для Росії абсолют. Але є Міжнародне бюро часу, з яким можна звіритися і дізнатися, наскільки ми відхилилися. Є таке поняття - «всесвітній координований час». Воно виводиться Міжнародним бюро часу на основі близько 200 національних шкал атомних еталонів.

За водневими годинами стежать не менше 20 осіб: група обробки сигналів, група управління спеціалізованої радіостанцією в Ангарську, яка має власні водневі годинник, «прив'язані» до Іркутська еталону. І передає на регіон сигнали точного часу і зразкові частоти. «Ми теж приймаємо сигнали, що випромінюються станцією, дивимося, чи не пішли чи її годинник, і даємо корекцію, - розповідає Віктор Єгоров. - Все поправки вносяться з Іркутська дистанційно ». Ангарська радіостанція - джерело тих самих «шести точок», які ми потім чуємо в наших радіоприймачах. Ось тільки в радянські часи всі радіостанції країни були синхронізовані по одному еталону, а тепер невідомо, де бере свої «шість точок» якась комерційна станція. Не виключено, що з китайських годин на стіні.

В інституті працює ціла команда, яка відповідає за забезпечення еталона електроенергією. Годинники ні на секунду не повинні зупинятися. Зараз інститут живиться практично безпосередньо від ГЕС і від підстанції «Південна». «Ну а якщо вже зовсім у нас електрику закінчиться, передбачений ось такий резерв», - Владислав Акулов відкриває двері однієї кімнати - там протягнуті ряди величезних акумуляторів з написами: «Батарея 1, 2, 3, 4». Вони на постійній підзарядці. Ємність кожної батареї - 350 ампер-годин. Приблизно 6-7 акумуляторів для середнього автомобіля.

Цілодобово черговий оператор стежить за станом апаратури еталона. Знімають показання, а якщо щось трапиться - викликають фахівців. «Коли ураган повалив дерева в Іркутську, тут з'явилися всі, хто був потрібен, - розповідає Владислав Акулов. - Прийшли, припливли, без різниці ».

- З 1965 року було, щоб годинник зупинялися?

- Жодного разу.

місто наступає

А ось тепер може настати інший час. Як виявилося, служба часу не відповідає завданням розвитку сучасного Іркутська. 40 років тому інститут стояв на відшибі, за межами міста, і в його околицях гриби збирали. Місце таке було вибрано спеціально, щоб мати хороші умови для спостережень. Зараз «інститут часу» активно беруть в облогу численні будівництва, які ведуться приватниками по соцзамовлення мерії. Новий житловий селище Ершовской, куди їдуть молоді сім'ї і «старі» переселенці, побудований, за словами Віктора Єгорова, на комунікаціях інституту без узгодження, і тепер в систему каналізації інституту включені ці житлові будинки. «Наші комунікації просто не призначені для такого навантаження, і нові житлові будинки, по суті, не мають каналізації, - упевнений Єгоров. - І якщо трапиться якась аварія на водопроводі або на каналізації, наші атомні годинники в цокольному поверсі можуть залишитися без кондиціонерів або бути просто затоплені. Це не скарги диваків-учених, ми - частина федеральної служби часу, працюємо на уряд, нам просто не можна давати збої. А що робити з майданчиком, де у нас планується нова квантово-оптична система? Адже вона була вибрана не випадково. Там потрібна чиста, нічим не закрита, небесна півсфера. А там з одного боку вже зводиться шестиповерховий приватний будинок, хоча у нас з містом була домовленість про малоповерхову забудову.

- А ви їм установку на дах будинку поставте.

- Не можна, у них даху «гуляють». На нашому майданчику антени стоять на спеціальних стаціонарних вкопаних стовпах. І влаштовано все так, щоб промерзає грунт їх не піднімав, тому що точність рахунку йде на міліметри. І переносити нічого не можна, тому що це буде інша точка та все спостереження треба буде починати по-новому. Будинки нам закривають горизонт, ми втрачаємо огляд супутників. Уже зараз йдуть спотворені сигнали. А на будинках ще й металеві дахи, і вони можуть дати заважають відбиті сигнали на наші антени. Ми писали листи в мерію Іркутська - тільки відповіді в загальних словах, ніякого руху.

Машина часу

Це особливо сумно, коли розумієш: благополуччя інституту в руках містечкових чиновників, а завдання його - далеко за межами міста. Наприклад, тут визначають параметри обертання Землі. Поки не було атомного годинника, ніхто не помічав, що Земля, виявляється, обертається нерівномірно. Виявилося, що швидкість обертання залежить від сезону літо-зима, є і вікове уповільнення, викликане приливами під дією гравітаційних сил Місяця, Сонця, інших планет. Зміни в обертанні можливі і при сильних землетрусах. «Це нерівномірне обертання теж потрібно вміти визначати і прогнозувати», - каже Віктор Єгоров.

- Навіщо?

- А ось дивіться на глобус. Бачите, координатна сітка нанесена? Вона прив'язана до полюсів. А що таке полюс? Це місце, звідки виходить уявна вісь обертання Землі. Так ось вона не зберігає свого положення в тілі Землі. Полюс рухається в колі діаметром приблизно метрів сто. Ми не можемо на місцевості вкопати стовп і сказати - тут проходить такий-то меридіан. Сьогодні він тут, завтра там. Сітка координат насправді «їздить» по земній поверхні. Для нас з вами це непомітно, та й не потрібно, в загальному. А пілотові, який змушений робити так звану «сліпу» посадку літака, коли помилитися можна не більше ніж на метр, життєво необхідно знати точні координати. Ось для цього ми повинні уявляти, де на сьогоднішній день знаходиться полюс і з якою швидкістю в даний момент обертається Земля.

А ще іркутські вчені почали займатися визначенням якості сигналів російської супутникової навігаційної системи «ГЛОНАСС», аналога зарубіжної GPS. «Ми приймаємо сигнали цих супутників і дивимося їх якість - як вони змінюються від години до години, від супутника до супутника. Це величезна багатофункціональна завдання ».

Єгоров відкрив двері в порожній світле приміщення. «Можете фотографувати, тому що скоро ви сюди вже не потрапите», - сміється Владислав Акулов. «Це місце для нових атомних годин, - каже його колега. - У перспективі в інституті буде розміщена нова квантово-оптична система. Крім прийому сигналів «ГЛОНАСС» і GPS, є ще один спосіб визначення параметрів обертання Землі - це лазерна локація супутників. І вона у нас буде. У найближчі два роки, я думаю ».

Тільки на систему енергозабезпечення нових квантових годин піде 29 мільйонів рублів за лінії головного інституту. Це більш надійне живлення, нові акумулятори та дизель-генератори. «Плюс сюди чотири« водню », кожен по вісім з гаком мільйонів рублів, - каже Віктор Єгоров і показує в куток кімнати. - Тут ми обладнаємо спеціальний бокс на чотири нових «водню», вони будуть вже не такими громіздкими, як зараз. Ми закупимо найкращі в Росії водневі стандарти у Нижегородського інституту «Кварц». Бокс закриють повністю, будуть прозорі вікна, а систему управління винесуть назовні. У самому боксі з «водню» температура буде коливатися вже в діапазоні трьох десятих градуса. Вологість - плюс-мінус 5%. «Вхід одну людину в таку кімнату буквально на три хвилини підвищує вологість на один відсоток», - пояснив Владислав Акулов.

- А людини з лазні?

- А ми не тільки з лазні, ми взагалі нікого в бокс не пустимо.

У новому приміщенні поки працюватимуть чотири нових і чотири старих генератора, з часом громіздкі «шафи» підуть в минуле. Чотири нових водневих стандарту протягом року налагодять, отсінхронізіруют, а старі будуть продовжувати працювати. Годинник не зупиняться.

Ми вже покидали інститут, коли згадали, що не задали головне питання - «А машина часу де?». «Там, за рогом стоїть, непокрашенном, - суворо сказав охоронець еталону часу Владислав Акулов. - Приходьте до кінця року. Запустимо ».