為航天器裝上“慧眼”
——尤政帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成的“先進(jìn)空間光學(xué)姿態(tài)敏感器技術(shù)”項(xiàng)目獲2012年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)
實(shí)習(xí)記者 張瀛辰
圖為尤政（右二）和團(tuán)隊(duì)成員們?cè)趯?shí)驗(yàn)室。
項(xiàng)目介紹
【項(xiàng)目名稱】先進(jìn)空間光學(xué)姿態(tài)敏感器技術(shù)
【項(xiàng)目完成人】尤政 邢飛 張高飛 陳非凡 丁天懷
【項(xiàng)目介紹】項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在空間光學(xué)姿態(tài)敏感器技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究，在新原理、新方法、新技術(shù)等方面提出 5項(xiàng)核心發(fā)明，在系統(tǒng)集成方面有4項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新，有針對(duì)性地突破了各項(xiàng)技術(shù)瓶頸，推動(dòng)了光學(xué)姿態(tài)敏感器技術(shù)的發(fā)展。形成了以“太陽(yáng)敏感器”、“星敏感器”為典型代表的微型化高性能空間光學(xué)姿態(tài)敏感器件及集成系統(tǒng)的基本原理、設(shè)計(jì)與標(biāo)定測(cè)試方法體系，研制了滿足不同類型航天器、各種空間任務(wù)需求的新型光學(xué)姿態(tài)敏感器產(chǎn)品系列，并在一系列衛(wèi)星中得到應(yīng)用，整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
在精密儀器系系館一層的展示室里，陳列著各類型表頭單元、芯片、敏感器、微系統(tǒng)，甚至是微納衛(wèi)星，這些科研成果無(wú)不凝結(jié)了精儀系教授尤政及其團(tuán)隊(duì)的心血，也給整個(gè)團(tuán)隊(duì)贏得了很多榮譽(yù)。2013年1月，尤政等完成的“先進(jìn)空間光學(xué)姿態(tài)敏感器技術(shù)”項(xiàng)目獲得2012年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，再次為這個(gè)團(tuán)隊(duì)添上榮耀的光環(huán)。
十年磨一劍 在尖端技術(shù)領(lǐng)域攻堅(jiān)克難
對(duì)于尤政而言，國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)這樣的榮譽(yù)并不陌生，獎(jiǎng)項(xiàng)是其次，重要的是能為科學(xué)技術(shù)發(fā)展、為國(guó)家民族的振興作出實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)。從1995年開(kāi)始接觸微納技術(shù)起，尤政帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）的航天器功能部件的微型化方面取得了一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的創(chuàng)新成果。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還在我國(guó)率先開(kāi)展了微小衛(wèi)星技術(shù)的創(chuàng)新與工程實(shí)踐。
十多年來(lái)，團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持在這一尖端技術(shù)領(lǐng)域不斷攀登，攻克了一個(gè)又一個(gè)“山峰”。此次獲獎(jiǎng)的空間光學(xué)姿態(tài)敏感器具有姿態(tài)測(cè)量精度高、無(wú)漂移、工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是航天器賴以生存和性能提升的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性器件，在對(duì)地遙感、深空探測(cè)、空間攻防等航天應(yīng)用中具有重要的戰(zhàn)略意義。
而精儀系的傳統(tǒng)歷史，也讓尤政和我國(guó)的國(guó)防事業(yè)結(jié)下了不解之緣。一方面，尤政在微納米這一交叉學(xué)科尖端領(lǐng)域不斷開(kāi)拓創(chuàng)新，另一方面，他們又不斷致力于使成果能夠應(yīng)用于我國(guó)的國(guó)防事業(yè)。尤其是航天領(lǐng)域的特殊性，注定了“十年磨一劍”的科研艱辛——從原理創(chuàng)新到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，再經(jīng)過(guò)工程研制直到搭載衛(wèi)星發(fā)射進(jìn)行空間試驗(yàn)。對(duì)此，尤政感嘆道：“一個(gè)‘輪回’近十年，但也只有當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目經(jīng)歷過(guò)完整的輪回，才能真正出成果。”
對(duì)于這些敏感器，尤政用了“高端”一詞來(lái)形容。“原理是創(chuàng)新性的，是‘高端’的。”尤政說(shuō)，“另一方面，我們使用的是商業(yè)器件，不但性能高，價(jià)格也較便宜。而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，這樣研發(fā)出來(lái)的敏感器在軌精度和抗干擾能力甚至優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品。這實(shí)際上也是走出了一條新路子。”
這十多年的研究中，尤政及其團(tuán)隊(duì)“刺”出的不是“一劍”、“兩劍”，而且每一“劍”都經(jīng)過(guò)了近十年的錘打磨練，厚積薄發(fā)。
開(kāi)弓沒(méi)有回頭箭 以高技術(shù)保證“一擊即中”
由于團(tuán)隊(duì)科研成果直接與航天掛鉤，除了研究周期長(zhǎng)以外，團(tuán)隊(duì)所面臨的另一個(gè)問(wèn)題就是敏感器件一旦隨衛(wèi)星上天，即使發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也難以修改。這就要求地面科研時(shí)，完成的項(xiàng)目產(chǎn)品具有相當(dāng)高的技術(shù)成熟度。
“開(kāi)弓沒(méi)有回頭箭。”團(tuán)隊(duì)的另一位主要研究人員邢飛解釋道，“我們研發(fā)的敏感器件并不像地面產(chǎn)品，一旦在運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)修改。敏感器一旦‘上天’，很難再做改動(dòng)。所以，在此之前，必須考慮在軌運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)的各種情況，做充分的地面模擬實(shí)驗(yàn)。”
由于在太空中運(yùn)行時(shí)空間環(huán)境的巨大差異，尤政及其團(tuán)隊(duì)需要對(duì)敏感器進(jìn)行大量的元器件級(jí)、板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的空間應(yīng)用環(huán)境試驗(yàn)，如在特定的溫度、真空度和光照下進(jìn)行高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)等。而這樣的實(shí)驗(yàn)一做就是幾天幾夜，團(tuán)隊(duì)人員輪流值班監(jiān)測(cè)狀態(tài)，只為確保“上天”后器件運(yùn)行的圓滿成功。在地面實(shí)驗(yàn)中，失敗是常有的事，而這也意味著另一場(chǎng)好幾個(gè)24小時(shí)不停歇的車輪戰(zhàn)。
尤其是到了發(fā)射場(chǎng)，在近兩個(gè)月的時(shí)間里，團(tuán)隊(duì)研究人員都集中于系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試工作。敏感器系統(tǒng)在發(fā)射場(chǎng)需要與衛(wèi)星各分系統(tǒng)、火箭等進(jìn)行最后環(huán)節(jié)的測(cè)試和確認(rèn)，包括螺絲的防松、電纜連接的鎖緊、熱控多層的縫合、光學(xué)系統(tǒng)的清潔，以及電子通信的穩(wěn)定等。諸如此類的問(wèn)題看似不大，卻很可能成為“潰堤之穴”。正因如此，研究人員細(xì)致地考慮到每個(gè)方面，一再測(cè)試，以保證產(chǎn)品萬(wàn)無(wú)一失。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索和實(shí)驗(yàn)積累，團(tuán)隊(duì)逐步探索出了一條在軌進(jìn)行各種工程參數(shù)修訂和軟件重載的新式航天產(chǎn)品研發(fā)之路，如今團(tuán)隊(duì)所設(shè)計(jì)和研發(fā)的各種傳感器都可以在軌修復(fù)軟件問(wèn)題。但即便如此，團(tuán)隊(duì)的每一位研究人員都不會(huì)有任何松懈，堅(jiān)持以高技術(shù)成熟度保證“一擊即中”。
求真務(wù)實(shí) 理論創(chuàng)新配合工程應(yīng)用
尤政團(tuán)隊(duì)所從事的研究在很多人眼里深不可測(cè)，但對(duì)他們而言，這些創(chuàng)新技術(shù)也是從需求出發(fā)，并非天馬行空那般難以企及。
“不能為了創(chuàng)新而創(chuàng)新，所謂的論文數(shù)目、專利數(shù)目，絕對(duì)不是全部。成果真正得到應(yīng)用，才是最大的肯定。”尤政始終強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，他認(rèn)為核心技術(shù)只有通過(guò)工程應(yīng)用，才能證明是好的創(chuàng)新。先進(jìn)空間光學(xué)姿態(tài)敏感器技術(shù)不僅在原理上創(chuàng)新，更經(jīng)過(guò)了工程試驗(yàn)的考驗(yàn)，此次獲獎(jiǎng)可謂實(shí)至名歸。在尤政看來(lái)，高校的科研創(chuàng)新也應(yīng)該結(jié)合國(guó)家需求，做到“需求牽引、技術(shù)推動(dòng)”，實(shí)現(xiàn)雙贏。
不僅如此，尤政團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目成果不但“上得了天”，還“入得了地”。這些看似“高高在上”的研究成果不僅可以用于國(guó)防等高端領(lǐng)域，也可以“下嫁”于商用、民用，比如機(jī)械制造、光學(xué)儀器、納米技術(shù)等等。團(tuán)隊(duì)在2011年同樣獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)的項(xiàng)目基于微納技術(shù)的新型超級(jí)電容器就是一個(gè)很好的例子。該項(xiàng)目通過(guò)與企業(yè)合作，將超級(jí)電容器相關(guān)成果轉(zhuǎn)化，形成具有高儲(chǔ)能、大功率、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)的系列產(chǎn)品，并成功應(yīng)用于在大功率電源設(shè)備、電動(dòng)車電源等工業(yè)與民用領(lǐng)域。
這也正是尤政最愿意看到的項(xiàng)目成果——能夠在未來(lái)轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景，造福民眾。對(duì)于尤政而言，得獎(jiǎng)并不重要，務(wù)實(shí)才是關(guān)鍵。科研的創(chuàng)新點(diǎn)正應(yīng)該落在利國(guó)利民的實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)上，為國(guó)家社會(huì)發(fā)展添磚加瓦。
科研如戰(zhàn)場(chǎng) 在團(tuán)隊(duì)中奮斗與成長(zhǎng)
談到自己所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，尤政認(rèn)為一是務(wù)實(shí)，二是有凝聚力，每一位研究人員都在團(tuán)隊(duì)合作中有所成長(zhǎng)。
2002年，邢飛加入了尤政的團(tuán)隊(duì)。“當(dāng)時(shí)覺(jué)得尤政研究的領(lǐng)域很踏實(shí)，這樣一個(gè)充滿創(chuàng)新的領(lǐng)域是可以一生為之奮斗的。”邢飛認(rèn)為，這也是未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域，是一個(gè)充滿機(jī)遇的研究方向。而事實(shí)證明，他的想法完全正確。
團(tuán)隊(duì)在對(duì)光學(xué)姿態(tài)敏感器件進(jìn)行空間應(yīng)用環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，連續(xù)幾天幾夜的奮戰(zhàn)早已是家常便飯。而微小衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)，由于軌道和通信區(qū)域的限制，一天中地面站只可以實(shí)時(shí)接收到兩到三次的軌道數(shù)據(jù)，時(shí)間也往往是后半夜。為了能第一時(shí)間掌握數(shù)據(jù)以進(jìn)行跟蹤觀察，邢飛和戰(zhàn)友們往往夜半時(shí)分仍然堅(jiān)守在第一線。邢飛形容每一次研究和測(cè)試都像一場(chǎng)戰(zhàn)役：“戰(zhàn)前必須嚴(yán)格訓(xùn)練，但只要打了‘勝仗’，這些付出就都是值得的。”
熬夜幾乎成了基本功，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是全部。對(duì)于研究人員而言，還有一項(xiàng)工作是要撰寫(xiě)大量的工程性文檔，詳細(xì)地記錄每次操作細(xì)節(jié)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，時(shí)刻做到有據(jù)可查。這樣的文檔一寫(xiě)就是幾百份，千篇一律，難免枯燥。尤政強(qiáng)調(diào)，這雖然是機(jī)械性工作，但卻是工程訓(xùn)練的一部分，也是科研人員的基本素質(zhì)之一。
無(wú)論是創(chuàng)新性工作還是“重復(fù)性”工作，務(wù)實(shí)、堅(jiān)持、嚴(yán)謹(jǐn)是團(tuán)隊(duì)每一位研究人員收獲的品質(zhì)。尤政為每一位研究人員提供了廣闊的發(fā)展空間。在他的眼里，團(tuán)隊(duì)只是提供一個(gè)大的成長(zhǎng)環(huán)境，每個(gè)人都可以自由地汲取不同養(yǎng)分。尤政認(rèn)為，成員們的不斷成長(zhǎng)，其實(shí)也正是團(tuán)隊(duì)的不斷發(fā)展壯大，這能夠?yàn)橄乱粋€(gè)科研成果的誕生奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
來(lái)源：新清華2013-06-14
