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儀器中，有好幾樣出自他的研究團隊：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，完成科學探測任務。 

　　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)團隊絞盡腦汁，將它“瘦身”到5公斤左右，可以穩(wěn)穩(wěn)當當?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。現(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起幫月球車尋找“落腳點”的重任——當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家的歐陽自遠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?；叵肫甬敃r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)，王建宇團隊終于交出了令人滿意的答卷。與此同時，一支年輕的團隊也逐步成長起來。此次隨嫦娥三號上天的兩個激光儀器就是由當年激光高度計團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，他與量子科學家、中國科技大學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”，它們無論相隔多遠，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：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。要發(fā)射、接收如此微弱的光學信號，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收發(fā)信號，真好比“針尖對麥芒”——它們對準的角度偏差不可超過0.7角秒，相當于不到1度的萬分之二。為了驗證可行性，研究團隊讓設(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)合團隊合作的論文已多次登上《自然》、《自然•光子學》等國際學術(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，但他肩頭的擔子卻很重。“老馬識途”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。