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组织人才
天地间,她让“针尖”对上“麦芒”——专访中国科学院光电技术研究所黄永梅研究员
发布日期:2019年08月14日 09时30分08秒

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黄永梅,中国科学院光电技术研究所研究员。她带领团队成功研制了国内首台集量子通信、激光通信、天文观测为一体的多功能大口径望远镜系统,作为“墨子号”科学实验卫星项目组成部分,完成全球首次星地量子通信科学实验,并完成了国内首次星地相干激光通信实验。先后获得省部级科技进步一等奖2项、二等奖1项,中国科学院杰出科技成就奖(集体奖)等荣誉;获评四川省三八红旗手、2019年四川“最美科技工作者”等;申请和授权相关发明专利30余项。

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作为光电自动跟踪控制技术的专家,黄永梅被称为“地空对话”技术的“女掌门”。近日,记者在中国科学院光电技术研究所(以下简称“光电所”)见到了这位“铿锵玫瑰”。

2016年8月16日,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射,地面望远镜开始承担起星地量子通信的实验任务。作为地面望远镜的研发人员,黄永梅至今仍记得那天晚上在酒泉卫星发射基地的情景:夜空中隐约可见“墨子号”打出的光与地面望远镜的光连接成功后,闪烁出蓝绿色的光点,很多人都落下了激动的泪水。“那一刻的场景,这一辈子都很难忘记。为了这个实验,五年时间里,大家付出了太多的艰辛和汗水,在戈壁滩和高原上奔波、在荒野里做实验……但‘墨子号’升空那一刻,觉得所有的付出都是值得的。”黄永梅说。

为“地空对话”连线

“墨子号”科学实验卫星项目是全球首次开展星地量子通信科学实验,由一颗低轨卫星和5台地面望远镜组成。5台地面望远镜中有4台望远镜口径达1.2米,用于接收“墨子号”发射的量子密钥信号光和量子纠缠信号光,这个项目之前从未有人做过,完全是开创性的。而这4台望远镜的研制和改造工作均由黄永梅团队承担。黄永梅介绍说:“该项目2013年立项,2015年便要完成望远镜外场的装配。作为全球首次试验,几乎没有可以借鉴的经验,要在短短两年多时间里完成制作两台、改装两台望远镜的任务,难度可想而知。”

“墨子号”与地面望远镜的连接,是星地光路实验任务的难点之一。需保持对高速飞行卫星“针尖对麦芒”的高精度跟踪和对准,才能将卫星发射的下行量子信号光接收到芯径数十微米的光纤内,这对望远镜的跟踪精度要求极高。这种光子的发射与接收,是真正的“针尖对麦芒”,其相当于瞄准一个500千米外的目标射击,最终的误差不能超过50厘米,而且靶子还是移动的。因此,交点位置是其中一个难点。“本来我们设计好了焦点位置,但是做出来却差了很多,在这块我们卡了很久。最后,通过反复试验,又重新对着镜子进行现场磨制,才把焦点控制到我们想要的位置。”黄永梅向记者介绍道。

新做望远镜有难度,而改装的难度更大,要在原有望远镜的框架下完成改装,使其具有新功能。面对很多在现有框架下的改装任务,很多时候需要反复调试、改进,甚至是技术的突破。黄永梅介绍,改装过程中需要用到镜面的粘和技术,“我们以前都是用框固定,在改装时却必须用粘合,这个技术以前都只有国外才有,所以我们必须自己琢磨。好不容易粘上了,镜面却被拉变形了,于是又反复试验,改进粘合工艺,最终才完成了镜面粘合。”黄永梅说,类似的困难还有很多,“做科研就是这样,需要不断的尝试,但突破时的快乐和成就感也是无法比拟的。”

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从戈壁到高原的坚守

量子通信项目立项之初,黄永梅还承担着另外一项国家科研重大任务。于是,奔波成了她那一段时间的常态。望远镜设计好以后,外场实验需要分成两块,一边是戈壁滩一边是海拔3000米的高原。她带领团队一边在戈壁滩做外场试验,一边到高原做量子通信项目工作。

奔波中,需要克服戈壁和高原的恶劣环境,还要经受高温和高原反应的考验。量子通信望远镜所在的四个站址海拔一个比一个高,河北兴隆站海拔900米,新疆南山站海拔2000米,德令哈站海拔3200米,丽江站海拔3200米……越来越高的海拔造成的高原反应,给黄永梅带来了强烈的不适。而工作条件更艰苦,工作场地是在青海湖边临时搭建的棚子里,为了搭建照明灯,他们爬上30米高的发射塔自己安装;为了加快项目进度,他们自己在外场冒雨吊装10多吨重的设备;为了寻找合适的靶点,他们在大雪中徒步十几公里……

量子望远镜的调试是昼夜进行的:白天进行硬件和软件设备的调整,晚上则利用星空对设备进行测试和实验,往往凌晨4点才能坐上车返回住处。这时黄永梅和团队成员已经连续工作超过16个小时。

正是在这样的条件下,黄永梅和团队先后突破了大速度范围和风扰条件下的高精度跟踪、宽谱段范围内的多频点保偏等关键技术,成功研制了国内首台集量子通信、激光通信、天文观测为一体的多功能大口径望远镜系统。该望远镜系统具有宽光谱、高效率、高保偏、高波相差精度的光学系统和速度动态范围大、抗扰能力强、跟踪精度高的特点,其跟踪精度、指向精度、信号光保偏度等指标均为国内领先,达到国际先进水平。

学习是科研的永恒动力

1989年,从电子科技大学毕业的黄永梅被分配到光电所,这让从小便对科学感兴趣、想去探索科学奥秘的她很高兴。由此,黄永梅跟随老一辈科学家开启了自己的科研生涯。“那是我学习、积累知识最重要的一个时期。但也让我发现以大学本科学到的知识,要把工作做好还不够。”于是,黄永梅一边工作一边学习,考上了硕士、攻读了博士。一边工作一边学习,在许多人看来很难,但黄永梅并不觉得。她说:“从工作中得到的快乐应该是最多的,不管做任何事情,只有对他感兴趣,能从中得到快乐,才能做得好,否则很难坚持下去。”

黄永梅这样要求自己,也这样鼓励身边的年轻人。她说,要做科研,必须坚持学习。“在知识更迭如此快速的今天,她始终保持着多年不变的学习习惯。她经常跨专业研读相关专著和技术资料,并对相关专业知识进行深入分析。虽然她是学控制技术出身,但对光学、通讯原理等方面的书籍、论文也涉猎广泛。她的办公桌上时常摆着一些正在阅读的相关专业专著。”黄永梅的同事介绍说,所里的年轻人被她的学习劲所感染,也纷纷变得好学起来。

用爱鼓励年轻人成长

黄永梅不仅是一名科研人员,也是一位导师。她关心学生,经常主动和学生沟通,了解他们的学习和工作情况,并给予细心的指导。她在培养青年科技人才方面倾注了大量的热情和心血,培养出很多德才兼备的科技人才,“传”出智慧、“帮”出成长、“带”出文化。

“墨子号”望远镜科研团队成员大多都是80后,为了让大家克服由于生活条件艰苦、时间长而产生的烦躁情绪,黄永梅利用休息时间组织大家做广播体操、开联欢晚会,充分地调动大家的积极性,给枯燥的外场生活带来了一丝甘甜,让原本劳碌乏味的科研工作变得多姿多彩,让成员们感受到温暖。作为团队的唯一一名女性,黄永梅还承担起“后勤部长”的职责,事无巨细地照顾大家的衣食住行。

同时,她充分信任青年人才,放手让他们承担重要科研任务。黄永梅说:“青年科技人才要主动承担科研任务,增强竞争意识,在竞争中使创新潜能得到充分发挥,从而实现快速成长。”在她的指导下,多名年轻科技工作者如今已成长为科研骨干,并屡获殊荣。

“年轻科技工作者在做科研之前一定要想清楚,到底对科研有没有兴趣。从事科研工作,不可能带来很丰厚的经济回报,但从中获得的价值体现和成就感,是用金钱无法比拟的,所以一定要有奉献精神、牺牲精神。更重要的是要有担当,这是科技工作者应有的素质。”黄永梅用自己的方式关注、鼓励着青年技术人才的发展。

(四川科技报记者 马静璠)