记王建宇研究员：做实现“科学梦想”的工程总师

王建宇在实验室工作。

■我们的记者冯、黄欣

与从事基础研究的科学家相比，中国科学院上海技术与物理研究所(以下简称上海技术与物理研究所)的研究员王建宇更像是一名科学工程师。科学家的任务是一个接一个地发现科学原理，他的目标是通过一个接一个地攻克前沿技术难题来实现科学家的梦想。

“做你喜欢做的事，让中国的光电设备进入太空，成为实现科学梦想的总工程师。”这是王建宇经常说的，也是他的目标。

在“嫦娥一号”上安装“激光”眼

2007年11月28日，中国第一颗探月卫星嫦娥一号搭载的机载激光测高仪在距月球表面200公里的轨道上发射了第一束激光，并踏上了第一个“脚印”。这表明中国人也可以用自己的技术绘制三维月球地图。

这种激光测高仪是王建宇和他的科研团队三年来的创新成果。嫦娥用这双“月球激光眼”探索月球的地形。

“用它从卫星上发射激光束。通过测量激光再入的时间和角度，可以计算出月球表面某一点的相对高度，从而获得月球表面特征信息最近，在接受《中国科学》采访时，王建宇解释说，“激光眼”可以与卫星携带的CCD立体摄像机相匹配，以获得更准确的全月立体图像。在没有照明条件的月球背面，它甚至更有用。

然而，让这个17厘米高、15.7公斤重的“小家伙”在太空工作并不容易。在此之前，由于中国的激光器以前从未建造过，并且缺乏相关的发展经验，一系列的技术问题正等待着王建宇。除了允许激光高度计精确捕捉从200公里外的月球表面反射的微弱激光信号之外，它们还必须克服真空失重、剧烈的温度变化、高压和空间中的大能量等问题，所有这些都不是“障碍”。

“特别是在发展的后期阶段，激光一进入真空，就在半小时内崩溃了。当时，这是对激光高度计的致命伤害。”回到最初的场景，王建宇仍然历历在目。为了按时高质量地完成任务，他和来自中国科学院上海光学与机械研究所的合作研究人员探索了激光防护，提高了空间激光的可靠性。我们将与中国科学院半导体研究所的研究人员一起讨论如何在太空中更好地使用传统的半导体激光二极管。好事多磨。他们最终克服了瓶颈，为激光穿上了一套特殊的“太空服”，成功地将其寿命延长到一年多，并按时完成了原型。

昨天，激光高度计几乎每秒钟都向月球表面发射一束激光。“激光足迹”的密度达到每平方公里0.87点。它不断传输包括月球南极和北极在内的高度数据，填补了国际月球探测数据的空白。

激光测高仪的成功研制，使国内空间激光遥感技术取得了重大突破。在第十一个五年计划和第十二个五年计划期间，许多与空间激光技术有关的科学研究项目获得批准，并应用于许多国家的空间工程任务。

对王建宇来说，让他自豪的不仅是天上的研究成果，还有一个有能力独立创新的团队，因为“这些东西是金钱无法衡量的”。

让月球车拥有“智能眼睛”

在预计于今年下半年“登陆月球”的嫦娥三号巡逻机上，上海的技术有三个有效载荷:激光高度计、激光三维成像仪和红外成像光谱仪。王建宇给了年轻人改进激光高度计的机会。"我躲开了，他们解决了."他说。

他自己开始了新的挑战。这次他的任务是为月球车制造“眼睛”，这是红外成像光谱仪。这种“眼睛”允许月球车通过高光谱分辨率获取月球物体的高光谱图像，为准确识别月球表面特征信息和材料分类提供服务。

说起来，这个任务更接近王建宇的研究方向。在此之前，他是世界上第一个提出多维精细高光谱遥感成像探测技术和一系列解决方案的人，实现了高光谱分辨率、高空间分辨率和高时间分辨率高光谱成像的集成。

然而，由于太空设备“斤斤计较”，红外成像光谱仪的“减肥”任务非常困难。当王建宇想把最初安装在飞机上的100公斤“大家伙”改造成安装在0.6米高的登月舱上的5公斤“小家伙”时，他的挑战又来了。

经过思考，他想出了波长选择和多光谱成像的想法，使用的是一块方糖大小的LTF晶体。“当电能施加到晶体两端时，晶体内部的原子将根据声波的强度重新排列，这相当于一个具有可变参数的光栅，使得红外成像光谱仪能够‘看到’从可见光到2.5微米红外光的光谱。”他解释道。

原理是有的，但研究晶体不是王建宇的强项。他发现了中电26开发的以LTF为核心的分光装置。经过双方共同研究，他终于突破了技术难关，研制出相关技术指标达到世界一流水平的“声光可调谐滤波器”。现在，王建宇期待月球车的红外成像光谱仪带回高质量的图像。

将“量子通信”放在卫星上

安全性是量子通信的一个特点，也是当今世界的一个研究热点。然而，在超长距离甚至卫星和地面上测试量子通信和量子力学的基本问题一直是一个世界性的难题。

今年6月发表在《自然-光子学》上的一篇文章再次吸引了全球的关注。王建宇等人利用自主研发的星地量子通信原型进行的一系列实验，再次验证了星地量子通信的可行性，从而为未来实现基于星地量子通信的全球量子网络提供了额外的帮助。

原则上，由于量子信号携带的光子在外层空间比在地面上损失少得多，如果它能在技术上在卫星上产生光子，然后在穿透大气层后存活并保持它们的量子特性，人们就能在卫星的帮助下实现全球量子通信。

事实上，中国科学院院士、该项目首席科学家潘建伟提出的量子通信卫星项目的重点研究工作，早在2008年就被列为中国科学院重大创新项目。王建宇成为该项目的总工程师，并开始与潘建伟合作进行重点研究实验。2011年，量子科学卫星项目被正式纳入空间科学卫星战略试点项目。

2008年至2011年，来自中国科学技术大学、中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院光电子研究所、上海小卫星工程中心和中国科学院上海光学与机械工程研究所的科学家携手攻关，在中国辽阔的青海湖进行了一系列验证实验，首次证明了量子通信卫星的技术可行性。

预计中国将在2015年左右发射世界上第一颗量子通信卫星。目前，相关研发工作正在进行中。

“细节决定成败。从设计、生产、实验到交付和应用，每个环节都不能马虎。否则，如果一个环节出错，结果将是整体失败。”王建宇说。他希望与整个团队一起尽一切努力关闭每一个频道，以便世界能够提前一天看到中国的量子通信卫星。

事实上，作为中国科学院上海分院的领导之一，他可以完全离开研究前线，但王建宇从未想过放弃他的旧工作。“这是我真正喜欢做的事情。如果不允许我做这件事，我会受苦的。”他笑了。

《中国科学日报》(第六版《研究与发展》，2013年8月13日)