中新網(wǎng)1月6日電 題：讓“中國激光”遨游太空
人物：王建宇，著名空間光電載荷專家
夢想：讓國產(chǎn)激光探測設(shè)備遨游太空，實現(xiàn)中國的航天夢
今年年底，嫦娥三號將擇機發(fā)射。每當(dāng)聽到與嫦娥相關(guān)的消息，王建宇心里就會泛起一陣波瀾——嫦娥三號所搭載的科學(xué)儀器中，有好幾樣出自他的研究團(tuán)隊：激光測距儀和激光三維成像儀，將搭載在嫦娥三號的著陸器上，幫月球車在月面上找到落腳點；紅外成像光譜儀，將搭載在嫦娥三號的月球車上，完成科學(xué)探測任務(wù)。
作為我國著名的空間光電載荷專家，王建宇曾帶領(lǐng)一個年輕的科研團(tuán)隊，研發(fā)出了激光高度計，搭載在嫦娥一號上，實現(xiàn)了中國人首次“為月球量身高”的夢想。2015年前后，我國將發(fā)射首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，上面將搭載星地量子通信設(shè)備，還是由他率隊研制。
王建宇說，自己的夢想就是做出國家需要、卻看似不可能的光電設(shè)備，讓它們遨游太空，實現(xiàn)中國的航天夢。
月球“照相機”瘦身到5公斤
安裝在嫦娥三號月球車“腹部”的紅外成像光譜儀，就像一只敏銳的眼睛，將仔細(xì)察看月面的礦物組成——這可是王建宇的最新成果。它原先搭載在飛機上，“體重”超過100公斤，顯然不適合上天。為此，王建宇帶領(lǐng)團(tuán)隊絞盡腦汁，將它“瘦身”到5公斤左右，可以穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)匮b入一尺見方的盒子內(nèi)，并采用了一系列創(chuàng)新技術(shù)，使它“目光”敏銳�，F(xiàn)在，王建宇就期盼著月球車上的紅外成像光譜儀能帶回合格的圖像。
激光測距儀和激光三維成像儀則將承擔(dān)起幫月球車尋找“落腳點”的重任——當(dāng)月球車離著陸點只有幾十公里時，它們將及時打開，以小于1米的精度，實時測量降落高度，其研制難度超過了嫦娥一號上的激光高度計。
2003年，時任中國探月工程首席科學(xué)家的歐陽自遠(yuǎn)院士找到中科院上海技術(shù)物理所，提出研制激光高度計的要求。回想起當(dāng)時情形，王建宇說他感到了從未有過的壓力：大功率激光上天，國內(nèi)從來沒做過！
這除了要克服真空、失重、高壓等困難，激光高度計還要能在200公里外，抓住月面反射回來的微弱激光信號，這就好比要不偏不倚地捕捉一大幅畫面中的一個光點。同時，上天的設(shè)備就怕能量大，可高度計的激光器瞬時功率高達(dá)30兆瓦。在地面上，這個功率能把幾米開外的鐵板打得直冒火花。
這一強一弱之間，包含著無數(shù)難題。經(jīng)過三年多攻關(guān)，王建宇團(tuán)隊終于交出了令人滿意的答卷。與此同時，一支年輕的團(tuán)隊也逐步成長起來。此次隨嫦娥三號上天的兩個激光儀器就是由當(dāng)年激光高度計團(tuán)隊帶出來的年輕博士黃庚華領(lǐng)銜研制的。
扣著理論極限抓光子
開創(chuàng)了國內(nèi)“激光上天”的先例后，王建宇又開拓起新方向：將量子通信實驗搬到衛(wèi)星上。五年前，他與量子科學(xué)家、中國科技大學(xué)的潘建偉院士開始了一項挑戰(zhàn)性合作——他們將一起驗證空間大尺度的“量子糾纏”現(xiàn)象。
量子有一種奇特的“心靈感應(yīng)”，它們無論相隔多遠(yuǎn)，只要其中一個改變狀態(tài)，另一個也會同步變化。不過，光速太快，科學(xué)家怎知它們的改變是同步還是有先后？最好的辦法就是讓它們隔得足夠遠(yuǎn)：一個在太空中，一個在地面上，光也要跑上幾毫秒才能到。
“量子通訊的本質(zhì)是極弱的激光通信。”王建宇這次要啃的“硬骨頭”是從太空中發(fā)出極其微弱的激光，再在地面上一個光子一個光子地接收下來，幾乎所有的參數(shù)都扣著理論極限。
另一個更大的難題，是星地超高精度的對準(zhǔn)。要發(fā)射、接收如此微弱的光學(xué)信號，對儀器的要求本已很高，更何況發(fā)射裝置裝載在高速運行衛(wèi)星上，天地兩個裝置要對準(zhǔn)收發(fā)信號，真好比“針尖對麥芒”——它們對準(zhǔn)的角度偏差不可超過0.7角秒，相當(dāng)于不到1度的萬分之二。為了驗證可行性，研究團(tuán)隊讓設(shè)備在高速公路上飛馳、乘著熱氣球漂浮，直到保證萬無一失。
盡管量子科學(xué)衛(wèi)星尚未上天，但星地量子通訊設(shè)備一邊研制，一邊在青海湖做實驗，聯(lián)合團(tuán)隊合作的論文已多次登上《自然》、《自然•光子學(xué)》等國際學(xué)術(shù)刊物，開創(chuàng)了多個“世界第一”。
棘手問題總能及時“排險”
遼闊的青海湖邊，年輕的科研人員每年堅守幾個月進(jìn)行實驗。雖然王建宇不用每天值守在青海湖邊，但他肩頭的擔(dān)子卻很重�！袄像R識途”這四個字，最能說明他的作用。他手下的人說，不管出了多棘手的問題，王老師總能很快找到解決辦法，一般嘗試不會超過三次。
在研發(fā)嫦娥一號激光高度計時，關(guān)鍵設(shè)備激光器在做真空實驗時，突然發(fā)現(xiàn)能量衰減很快，壽命只有半小時，而此時離產(chǎn)品交付只剩半年多。他們和中科院上海光機所的同事一起，一項項排查原因，終于找到了解決辦法——為激光器“穿”上了一件特制的“太空服”，成功將其壽命延長到了一年以上。
從抓激光，到抓光子，王建宇所接受的挑戰(zhàn)越來越艱難，不過他卻樂在其中：今后我國探測小行星、探測火星，還會有更多挑戰(zhàn)出現(xiàn)。帶出一支在空間激光設(shè)備研制上有積累的隊伍，讓光子載著中國的航天夢遨游于太空，王建宇說，這就是他此生的夢想。(許琦敏)
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