十年铸成“天穹一剑”

“年夜气一号”卫星及激光雷达在轨任务表示图。■本报记者 甘晓 练习生 李嘉茵中国迷信院上海光学精细机器研讨所（以下简称上海光机所）研讨员刘继桥曾在收集上看到一张来自美国夏威夷的激光幕照片。照片上一道道宏大的绿色光柱突如其来，美国网友在批评中惊呼：“三体人”入侵！隔着屏幕，刘继桥嘴角上扬。这一刻，他心坎的骄傲感得以具象化。由于刘继桥晓得，这并不是来自外太空的旌旗灯号，而是他跟共事们深耕10年的结果——寰球首颗搭载自动激光雷达二氧化碳探测的年夜气情况监测卫星“年夜气一号”。这颗卫星于2022年4月16日发射升空，并于2024年7月25日交付应用。收集照片上的光柱，恰是这颗卫星在扫描寰球时所收回的绿色激光。“东方媒体称之为中国卫星向美国展现‘神迹’，这现实上是我国科技气力的一次彰显！”刘继桥向《中国迷信报》表现。上海光机所党委书记陈卫标告知《中国迷信报》：“激光就像‘天穹一剑’。10年来，科研团队一直保持‘铸剑精力’，勇于翻新、坚持不懈、协同翻新，一直攀缘迷信顶峰。”现在，“年夜气一号”曾经在间隔空中705公里的地面中稳固运转近3年。它传回的数据也插上“同党”，飞入海内外高校跟科研院所，为碳脚印监测与研讨奉献力气。剑心所向：“中国人说干就干”“这项技巧太难了，远未成熟，等待你们10年后能看到一个好成果。”2015年，对陈卫标正在准备的“二氧化碳高精度监测激光雷达”名目，美国国度航空航天局（NASA）的多少位遥感载荷专家的反映出奇的分歧。陈卫标内心明白，偕行们表白得比拟婉转，但意思就是“你做不出来”。因为早已发展相干配景预研，对有哪些技巧困难，陈卫标了然于心。但陈卫标较上了劲：“中国人说干就干！不成熟没关系，咱们能够连续攻关，熔化坚冰。”2016年，该名目进入工程预研阶段。刘继桥懂得陈卫标。从先生时期起到任务后，他始终追随陈卫标，亲自阅历了科研团队多项海内不先例的技巧的研发。2003年，团队率先发展我国空间激光器研讨，支持了载人航天、月球探测、火星探测以及高分专项等国度严重专项的开展。正由于有了此前攻关中取得的教训，面临“二氧化碳高精度监测激光雷达”名目中的新成绩，研讨团队信念实足，下定信心为我国控制寰球高精度碳散布的基础数据作出奉献。与此同时，我国情况监测部分提出监测年夜气细颗粒物跟气溶胶的需要。假如能在统一颗卫星上实现二氧化碳与气溶胶的同步丈量，就能节俭一年夜笔经费。摆在面前的一项项国度急切需要让研讨团队感触到了轻飘飘的义务与任务，成为“铸剑人”的“剑心所向”。这支“铸剑”团队经由10年磨砺，终极“铸就”国际首个二氧化碳探测激光雷达，也是国际首个气溶胶高光谱探测激光雷达。它是天下上体系最难、波长最多、能量最高、频率最稳、精度最高的“五最”探测激光雷达。剑锋所指：面临艰苦勇于翻新二氧化碳分子可能接收特定波长的激光能量，经由过程盘算便可失掉其在年夜气中的浓度。这就是用激光探测二氧化碳的迷信道理。基于此，计划一颗可能探测二氧化碳的卫星，除了抉择适合的激光波长之外，还须要配齐发射跟接受激光旌旗灯号的安装，并经由过程数据跟算法剖析光谱。这听起来并不庞杂，实现起来却有相称年夜的难度。二氧化碳在年夜气中的含量十分少，浓度大概为百万分之四百二十，即420ppm。别的，寰球二氧化碳起源庞杂，比方人类运动麋集区的化石燃料焚烧会增添二氧化碳排放，而丛林跟大陆等天然情况则可能接收二氧化碳，这两种进程分辨被称为“碳源”跟“碳汇”。要想准确辨别它们，相干监测需到达0.3%的品质精度，即小于1ppm的丈量精度。2011年起，上海光机所科研团队发展预研，摸索新技巧。上海光机所研讨员马秀华担任新型激光器单机的研制。马秀华告知《中国迷信报》，与传统激光器比拟，这种新型激光器可能供给窄谱线、高频率稳固性及3个波段的年夜能量激光输出，满意高精度监测的需要。丈量精度高须要激光具有较高的能量；专门丈量二氧化碳的频谱又须要严厉把持激光频率的稳固性，任何频率漂移都市影响丈量精度。而这两个前提偏偏是抵触的。“采取传统方式，咱们面对的挑衅是进步激光能量形成的发烧会招致激光谐振腔扰动，进而惹起频谱漂移。”陈卫标说，“于是，咱们斟酌是否找出一条道路，既能输出高重频跟高能量，又能保障频谱的稳固性。”由此不难懂得美国专家提出的质疑。2010年前后，NASA跟欧洲航天局（ESA）曾提出研制同范例卫星，但都因技巧难度年夜推迟或撤消。上海光机所研讨员陈迪俊在先生时期就打仗到相干研讨，2009年博士结业后他投入这项任务中，担任稳频器研制。事先，海内外都不无效的处理计划，他多少乎从“零”起步。“一开端不认识到它的难度，既然是国度所需，就去做。”陈迪俊告知《中国迷信报》。陈迪俊硬着头皮一个计划、一个计划实验。为了实现频率参考，他们最初采取了一种添补二氧化碳气体的空心光纤。但在实行进程中，他们发明因为光纤直径过小，招致明显的干预效应，从而影响了输出激光的品质。于是，他们用自在空间光路取代光纤，尽可能下降干预效应的影响，满意所需的机能指标。计划阅历了屡次迭代跟优化。陈迪俊记得，那是2017年炎天的一天，一轮试验停止后，电脑屏幕上终于呈现等待已久的数值“10-10”。这象征着计划胜利了，激光频率的稳固性到达了10-10。那一刻，陈迪俊的第一反映是终于能够放假了！而对全部科研团队来说，这又是一个新的开端。剑术所练：坚持不懈的据守2016年，名目进入工程预研阶段。怎样确捍卫星在空间情况下牢靠任务，成为科研团队的新挑衅。刘继桥先容：“斟酌到全部卫星名目的昂扬本钱，雷达体系的计划寿命为8年，国际上同类激光雷达平日仅请求寿命为3到4年。”为此，他们对激光器的技巧体系跟整机计划停止了片面斟酌。一次学术交换中，当科研团队远赴德国，盘算在国际舞台上展现这些翻新思绪时，却再次受到礼遇。国际专家仍然不看好，以为中国粹者弗成能在短时光内实现卫星激光雷达如斯长命命的在轨运转。马秀华坦言，听到如许的评估，他们内心很不是味道。所幸他们不废弃，质疑反而愈加动摇了他们争领先行者跟摸索者的信心。经由大批的仿真计划跟重复论证，团队实时调剂了传统的“种子源植入”技巧，开辟出全新的“光纤加固体增益缩小”技巧。“咱们实现了这把‘剑’从能用到好用，再到耐用的目的。”马秀华表现。科研团队完整自立控制了从光纤激光器、固体激光器到配套的空间激光薄膜等的中心技巧，实现了自立翻新。2018年，“年夜气一号”卫星工程型号正式破项。相干测试成果表现，这台新型激光器任务稳固，实现了预期目的。“咱们的产物不只不减色于国际偕行计划的产物，还在要害技巧范畴实现超出，不再追随别人的脚步！”陈卫标说。多年据守，“铸剑人”终于修炼出高明“铸剑术”。对保持的意思，马秀华有本人的领会。因为激光器发射能量年夜，吸附的尘土会影响寿命，因而相干任务须要在百级超净间停止，任务职员必需穿着全套超净服。马秀华说：“因为研制周期缓和，各人经常要持续任务18小时以上，对每团体而言都是宏大的挑衅。”在义务的要害节点，很多人须要24小时待命。“有的共事只能衣着超净服原地睡两三个小时，而后持续任务。”马秀华说，“咱们都信任，坚持不懈地当真做一件事件，是可能胜利的。”剑穗所系：共同努力协同攻关“如履薄冰，坐立不安。”陈卫标经常提到老一辈航天生齿中的这8个字。他晚上做梦都在斟酌名目中可能呈现的成绩，偶然第二天一早就去找共事探讨。各人都说他有点“神经质”。从事航天研讨必需“较真”，这是科研团队的共鸣。上海光机所研讨员竹孝鹏率领小组担任激光光学接受单机研制以及体系集成测试跟定标。为了保障现实产物中每一块镜片的角度与计划计划分歧，小构成员要对这些镜片底座进步行修磨，再停止装置。“这是一个十分艰巨也十分主要的进程，必需不断改进。”为了尽可能增加渺小振动的影响，竹孝鹏常常在夜深人静时跟这些镜片“较真”。竹孝鹏参加团队时，义务处于工程研制阶段，常常连着熬彻夜。“假如你不克不及依照打算实现，他人的任务只得停下，就会影响团体研制进度。”竹孝鹏说，“各人都在尽力干的时间，不克不及由于你‘失落链子’而影响全部团队。”这是竹孝鹏对协同翻新的懂得。担任雷达整机构造跟热控体系的上海光机所高等工程师万渊也有类似的领会。他在雷达构型计划上做了勇敢翻新。2018年前后，雷达整机研制实现后的一次模仿试验在有着宏大噪声的厂房中停止。忽然，“啪”——洪亮的断裂声音起。“坏了！”万渊晓得，框体断裂了，他的计划掉败了。共事们不责备万渊，而是敏捷投入任务状况，找来专家群策群力。终极，万渊在原有的思绪上改良了雷达构型，胜利消除了框体断裂的隐患。“二氧化碳高精度监测激光雷达”是个宏大的体系工程，涵盖发射、接受、定标以及种种电源体系的集成。在陈卫标看来，团队合作尤为主要。“在团队外部，咱们夸大协同任务的主要性，各人尊敬各自的脚色跟奉献。”陈卫标说。同时，该名目在上海光机所牵头下，还要依附多家外部合作单元协同实现。比方，制作一个两米的铝复合资料锭并将其厚度紧缩至约25厘米，须要应用天下独一 一台8万吨级的模锻液压机。为此，科研团队踊跃与相干单元停止和谐跟技巧保证，终极实现高品质的产物输出。2022年4月16日，“年夜气一号”卫星胜利发射，身处各地的团队成员都长舒一口吻。“像把本人的‘孩子’送走了一样，觉得既轻松又挂念。”陈迪俊道出了良多人的心声。固然，他们还觉得骄傲与自豪。“咱们做出了比国际上同类产物难度更高的星载激光雷达。”刘继桥说。2024年6月，当陈卫标率领科研团队赴德国再一次加入学术集会时，他们在“特邀讲演”中先容了“十年铸剑”的进程跟结果。“国际专家爱慕中国粹者说干就干，而且真的花了10年就干成了。”陈卫标自豪地说。