為航天器裝上“慧眼”
——尤政帶領團隊完成的“先進空間光學姿態(tài)敏感器技術”項目獲2012年度國家技術發(fā)明獎二等獎
實習記者 張瀛辰
圖為尤政（右二）和團隊成員們在實驗室。
項目介紹
【項目名稱】先進空間光學姿態(tài)敏感器技術
【項目完成人】尤政 邢飛 張高飛 陳非凡 丁天懷
【項目介紹】項目團隊在空間光學姿態(tài)敏感器技術領域開展了系統(tǒng)深入的研究，在新原理、新方法、新技術等方面提出 5項核心發(fā)明，在系統(tǒng)集成方面有4項重要創(chuàng)新，有針對性地突破了各項技術瓶頸，推動了光學姿態(tài)敏感器技術的發(fā)展。形成了以“太陽敏感器”、“星敏感器”為典型代表的微型化高性能空間光學姿態(tài)敏感器件及集成系統(tǒng)的基本原理、設計與標定測試方法體系，研制了滿足不同類型航天器、各種空間任務需求的新型光學姿態(tài)敏感器產品系列，并在一系列衛(wèi)星中得到應用，整體技術處于國際領先水平。
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，這些科研成果無不凝結了精儀系教授尤政及其團隊的心血，也給整個團隊贏得了很多榮譽。2013年1月，尤政等完成的“先進空間光學姿態(tài)敏感器技術”項目獲得2012年度國家技術發(fā)明獎二等獎，再次為這個團隊添上榮耀的光環(huán)。
十年磨一劍 在尖端技術領域攻堅克難
對于尤政而言，國家技術發(fā)明獎這樣的榮譽并不陌生，獎項是其次，重要的是能為科學技術發(fā)展、為國家民族的振興作出實實在在的貢獻。從1995年開始接觸微納技術起，尤政帶領的團隊已經在基于MEMS（微機電系統(tǒng)）的航天器功能部件的微型化方面取得了一批具有國際先進水平的創(chuàng)新成果。同時，團隊還在我國率先開展了微小衛(wèi)星技術的創(chuàng)新與工程實踐。
十多年來，團隊始終堅持在這一尖端技術領域不斷攀登，攻克了一個又一個“山峰”。此次獲獎的空間光學姿態(tài)敏感器具有姿態(tài)測量精度高、無漂移、工作壽命長等特點，是航天器賴以生存和性能提升的基礎性、關鍵性器件，在對地遙感、深空探測、空間攻防等航天應用中具有重要的戰(zhàn)略意義。
而精儀系的傳統(tǒng)歷史，也讓尤政和我國的國防事業(yè)結下了不解之緣。一方面，尤政在微納米這一交叉學科尖端領域不斷開拓創(chuàng)新，另一方面，他們又不斷致力于使成果能夠應用于我國的國防事業(yè)。尤其是航天領域的特殊性，注定了“十年磨一劍”的科研艱辛——從原理創(chuàng)新到系統(tǒng)實現(xiàn)，再經過工程研制直到搭載衛(wèi)星發(fā)射進行空間試驗。對此，尤政感嘆道：“一個‘輪回’近十年，但也只有當一個項目經歷過完整的輪回，才能真正出成果。”
對于這些敏感器，尤政用了“高端”一詞來形容。“原理是創(chuàng)新性的，是‘高端’的。”尤政說，“另一方面，我們使用的是商業(yè)器件，不但性能高，價格也較便宜。而實際運行過程中，這樣研發(fā)出來的敏感器在軌精度和抗干擾能力甚至優(yōu)于國外同類產品。這實際上也是走出了一條新路子。”
這十多年的研究中，尤政及其團隊“刺”出的不是“一劍”、“兩劍”，而且每一“劍”都經過了近十年的錘打磨練，厚積薄發(fā)。
開弓沒有回頭箭 以高技術保證“一擊即中”
由于團隊科研成果直接與航天掛鉤，除了研究周期長以外，團隊所面臨的另一個問題就是敏感器件一旦隨衛(wèi)星上天，即使發(fā)現(xiàn)問題也難以修改。這就要求地面科研時，完成的項目產品具有相當高的技術成熟度。
“開弓沒有回頭箭。”團隊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品，一旦在運行中出現(xiàn)問題，可以及時修改。敏感器一旦‘上天’，很難再做改動。所以，在此之前，必須考慮在軌運行可能會出現(xiàn)的各種情況，做充分的地面模擬實驗。”
由于在太空中運行時空間環(huán)境的巨大差異，尤政及其團隊需要對敏感器進行大量的元器件級、板級和系統(tǒng)級的空間應用環(huán)境試驗，如在特定的溫度、真空度和光照下進行高低溫循環(huán)實驗等。而這樣的實驗一做就是幾天幾夜，團隊人員輪流值班監(jiān)測狀態(tài)，只為確保“上天”后器件運行的圓滿成功。在地面實驗中，失敗是常有的事，而這也意味著另一場好幾個24小時不停歇的車輪戰(zhàn)。
尤其是到了發(fā)射場，在近兩個月的時間里，團隊研究人員都集中于系統(tǒng)的聯(lián)調測試工作。敏感器系統(tǒng)在發(fā)射場需要與衛(wèi)星各分系統(tǒng)、火箭等進行最后環(huán)節(jié)的測試和確認，包括螺絲的防松、電纜連接的鎖緊、熱控多層的縫合、光學系統(tǒng)的清潔，以及電子通信的穩(wěn)定等。諸如此類的問題看似不大，卻很可能成為“潰堤之穴”。正因如此，研究人員細致地考慮到每個方面，一再測試，以保證產品萬無一失。
經過長時間的探索和實驗積累，團隊逐步探索出了一條在軌進行各種工程參數(shù)修訂和軟件重載的新式航天產品研發(fā)之路，如今團隊所設計和研發(fā)的各種傳感器都可以在軌修復軟件問題。但即便如此，團隊的每一位研究人員都不會有任何松懈，堅持以高技術成熟度保證“一擊即中”。
求真務實 理論創(chuàng)新配合工程應用
尤政團隊所從事的研究在很多人眼里深不可測，但對他們而言，這些創(chuàng)新技術也是從需求出發(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，絕對不是全部。成果真正得到應用，才是最大的肯定。”尤政始終強調應用，他認為核心技術只有通過工程應用，才能證明是好的創(chuàng)新。先進空間光學姿態(tài)敏感器技術不僅在原理上創(chuàng)新，更經過了工程試驗的考驗，此次獲獎可謂實至名歸。在尤政看來，高校的科研創(chuàng)新也應該結合國家需求，做到“需求牽引、技術推動”，實現(xiàn)雙贏。
不僅如此，尤政團隊的項目成果不但“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防等高端領域，也可以“下嫁”于商用、民用，比如機械制造、光學儀器、納米技術等等。團隊在2011年同樣獲得國家技術發(fā)明獎的項目基于微納技術的新型超級電容器就是一個很好的例子。該項目通過與企業(yè)合作，將超級電容器相關成果轉化，形成具有高儲能、大功率、長壽命、免維護、無污染等優(yōu)點的系列產品，并成功應用于在大功率電源設備、電動車電源等工業(yè)與民用領域。
這也正是尤政最愿意看到的項目成果——能夠在未來轉化為社會生產力，具有廣闊的產業(yè)化前景，造福民眾。對于尤政而言，得獎并不重要，務實才是關鍵。科研的創(chuàng)新點正應該落在利國利民的實質性貢獻上，為國家社會發(fā)展添磚加瓦。
科研如戰(zhàn)場 在團隊中奮斗與成長
談到自己所帶領的團隊，尤政認為一是務實，二是有凝聚力，每一位研究人員都在團隊合作中有所成長。
2002年，邢飛加入了尤政的團隊。“當時覺得尤政研究的領域很踏實，這樣一個充滿創(chuàng)新的領域是可以一生為之奮斗的。”邢飛認為，這也是未來重點發(fā)展的領域，是一個充滿機遇的研究方向。而事實證明，他的想法完全正確。
團隊在對光學姿態(tài)敏感器件進行空間應用環(huán)境試驗時，連續(xù)幾天幾夜的奮戰(zhàn)早已是家常便飯。而微小衛(wèi)星在軌運行時，由于軌道和通信區(qū)域的限制，一天中地面站只可以實時接收到兩到三次的軌道數(shù)據(jù)，時間也往往是后半夜。為了能第一時間掌握數(shù)據(jù)以進行跟蹤觀察，邢飛和戰(zhàn)友們往往夜半時分仍然堅守在第一線。邢飛形容每一次研究和測試都像一場戰(zhàn)役：“戰(zhàn)前必須嚴格訓練，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，但這遠遠不是全部。對于研究人員而言，還有一項工作是要撰寫大量的工程性文檔，詳細地記錄每次操作細節(jié)和實驗現(xiàn)象，時刻做到有據(jù)可查。這樣的文檔一寫就是幾百份，千篇一律，難免枯燥。尤政強調，這雖然是機械性工作，但卻是工程訓練的一部分，也是科研人員的基本素質之一。
無論是創(chuàng)新性工作還是“重復性”工作，務實、堅持、嚴謹是團隊每一位研究人員收獲的品質。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，團隊只是提供一個大的成長環(huán)境，每個人都可以自由地汲取不同養(yǎng)分。尤政認為，成員們的不斷成長，其實也正是團隊的不斷發(fā)展壯大，這能夠為下一個科研成果的誕生奠定堅實的基礎。
來源：新清華2013-06-14
