Официальной датой основания ВНИИФТРИ считается 18 февраля 1955 года, хотя в действительности его история началась на 17 лет раньше, когда вновь образованный Комитет по делам мер и измерительных приборов при Совнаркоме разработал первое проектное задание для строительства нового НИИ. Приступить к реализации проекта удалось только после войны — для этого выбрали место примерно в 40 километрах от Кремля, на удалении от крупных населенных пунктов, железных дорог и других возможных источников помех — рядом с будущим поселком Менделеево, история которого тесно связана с ВНИИФТРИ. Со временем созданный там институт стал одним из крупнейших центров хранения государственных эталонов.

Эталон времени

Для синхронизации различных процессов, связанных с использованием компьютеров —транспортных перевозок, банковских транзакций, а также корректной работы сетей связи, необходимо, чтобы на компьютерах было установлено синхронизированное точное время.

Сейчас на Земле действует общепринятый стандарт времени — Всемирное координированное время UTC, пришедшее на смену менее точному астрономическому времени. Стандарт основан на международном атомном времени — средневзвешенном значении сигналов от более чем 500 атомных часов, расположенных в научных лабораториях по всему миру. ВНИИФТРИ — весомый участник этого глобального процесса, а в России — главный метрологический центр государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли.

Существует точное определение атомной секунды, утвержденное 13-й Генеральной конференцией по мерам и весам в середине прошлого века. Согласно этому определению, секунда — это время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. На 26-й Генеральной конференции, состоявшейся в октябре 2018 года, данное определение секунды было изменено на основе фиксации частоты перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 (в единицах частоты Гц), а единица времени — секунда, определялась как обратное значение для этой величины.

Для воспроизведения единиц времени ВНИИФТРИ использует атомные часы на основании измерений частоты переходов в атомах цезия, водорода, рубидия или стронция. Устройства, именуемые реперами — например, цезиевый репер частоты фонтанного типа, реперы на основе атомов рубидия, а также оптические реперы на холодных атомах стронция — позволяют получить максимально точное значение для частот переходов в этих атомных системах. Для хранения полученных единиц времени и частоты используются устройства с созвучным названием — хранители. Также существуют возимые устройства на случай, если требуется сверить временную шкалу ВНИИФТРИ с пространственно удаленными объектами. ВНИИФТРИ также предоставляет открытый доступ к серверам синхронизации шкалы времени по протоколу NTP — четыре сервера с числом обращений до нескольких сотен миллионов в сутки.

Одним из основных видов деятельности ВНИИФТРИ в международной кооперации в части измерений времени и частоты является предоставление данных измерений в Секцию Времени Международного бюро мер и весов, которые наряду с данными других лабораторий используются для формирования международных шкал атомного времени TAI и UTC. Согласно официальным данным Международного бюро мер и весов относительный вклад ВНИИФТРИ в формирование международных шкал времени TAI и UTC составляет около 23%, что является наивысшим показателем среди передовых лабораторий мира.

Начальник Исследовательского центра квантовой метрологии Главного метрологического центра Государственной службы времени и частоты ФГУП «ВНИИФТРИ» Сергей Николаевич Слюсарев продемонстрировал самый точный способ измерения частоты — оптический стандарт частоты на холодных атомах стронция, способный воспроизвести частоту с точностью на уровне 17-го знака после запятой.

Эталон длины

Измерение больших расстояний, от десятков метров до тысяч километров, на сегодняшний день находит широкое применение в различных областях как государственной, так и частной деятельности — от геодезии, картографии и кадастровых работ до обнаружения признаков приближающихся землетрясений, от строительства до создания автономных транспортных средств. Во ВНИИФТРИ размещен и эксплуатируется эталон единицы длины, на котором испытываются наиболее точные средства измерений длины, применяемые в этих областях.

Базовой частью эталона является уникальный измерительный комплекс в диапазоне длин до 60 м, построенный на основе фемтосекундного лазера (длительность импульса всего 150х10 в –15-й степени секунд) и высокоточных измерительных средств и оптических элементов. Комплекс размещен в специализированном здании с собственной климатической системой на полностью развязанном фундаменте. Погрешность проводимых измерений не превышает 5х10 в –6-й степени метров.

Другие составные части эталона обеспечивают проведение измерений до нескольких тысяч километров с использованием комплекса высокоточных измерительных устройств, прошедших калибровку во ВНИИФТРИ.

Безэховая камера

В отделении метрологии радиотехнических и электромагнитных измерений ВНИИФТРИ есть две безэховых камеры, внутренние стены, пол и потолок которых отделаны радиопоглощающим материалом. Покрытие позволяет добиться поглощения электромагнитных волн и проводить антенные и радиолокационные измерения с минимальными погрешностями. Объем нового, второго помещения таков, что в нем может поместиться грузовой автомобиль и другие установки, требующие работ по измерению и настройке технических характеристик.

Гидроакустический бассейн

Среди «новинок» ВНИИФТРИ — высокотехнологичный бассейн по исследованию метрологических характеристик технических устройств, измеряющих уровень шума и скорости звука в воде: в частности, гидрофонов, эхолотов, различных морских станций. Бассейн размером 22 на 14 метров и глубиной около 12 метров представляет собой эталонную установку, которая позволит проводить поверку и калибровку гидроакустического оборудования. Он размещается внутри двухэтажного здания. Подробнее о проекте можно прочитать в репортаже Инфопортала о торжественной церемонии закладки бассейна, состоявшейся в 2020 году.

Подготовил Роман Карасев при участии Павла Чукаева. Фотографии Романа Карасева, Инфопортал