比起搞基礎(chǔ)研究的科學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理所（以下簡(jiǎn)稱上海技物所）研究員王建宇覺(jué)得自己更像一個(gè)科學(xué)工程師?？茖W(xué)家的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)一個(gè)個(gè)科學(xué)原理，而他的目標(biāo)是通過(guò)攻克一個(gè)個(gè)前沿技術(shù)難題，把科學(xué)家的一個(gè)個(gè)夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)。

　　“做自己喜歡做的事，讓中國(guó)的光電設(shè)備遨游太空，做一個(gè)實(shí)現(xiàn)科學(xué)夢(mèng)想的工程總師。”這是王建宇常說(shuō)的話，也是他的奮斗目標(biāo)。

　　給“嫦娥一號(hào)”裝上“激光”眼

　　2007年11月28日，中國(guó)首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號(hào)攜帶的星載激光高度儀在距離月球表面200公里的繞月軌道上發(fā)出第一束激光，并在月球表面踩下第一個(gè)“腳印”。這標(biāo)志著中國(guó)人也能用自己的技術(shù)繪制立體月球圖了。

　　這個(gè)激光高度儀是王建宇和他帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)歷時(shí)三載研制而成的創(chuàng)新成果，“嫦娥”就是靠這副“探月激光眼”來(lái)探查月球的地形地貌。

　　“用它從衛(wèi)星上打出一束激光，通過(guò)測(cè)量激光折返跑的時(shí)間和角度，就能計(jì)算出月面某一點(diǎn)的相對(duì)高度，從而獲得月球地面特征的信息。”近日，王建宇在接受筆者采訪時(shí)解釋說(shuō)，“激光眼”與衛(wèi)星所載的CCD立體相機(jī)相配合，能得到更加精準(zhǔn)的全月立體圖像。而在不具備拍攝光照條件的月球背面，它更有用武之地。

　　然而，讓這個(gè)身高17厘米、體重15.7公斤的“小家伙”在太空工作卻并非易事。此前，由于我國(guó)的激光器從未上過(guò)天，缺乏相關(guān)研制經(jīng)驗(yàn)，等待王建宇的是一系列技術(shù)難題。除了要讓激光高度計(jì)準(zhǔn)確地抓住200公里外月面反射回來(lái)的微弱激光信號(hào)，他們還要克服太空中真空失重、溫差劇變、高壓、大能量等問(wèn)題，這些無(wú)一不是“攔路虎”。

　　“尤其在研制后期，激光器一進(jìn)入真空，半個(gè)小時(shí)就壞掉了，當(dāng)時(shí)那簡(jiǎn)直是激光高度計(jì)的"致命傷"。”回想起當(dāng)初的情景，王建宇仍歷歷在目。 為了按時(shí)保質(zhì)完成任務(wù)，他與合作伙伴中科院上海光機(jī)所研究人員探索激光器的保護(hù)，提高空間激光器的可靠性；與中科院半導(dǎo)體所研究人員攜手，探討常規(guī)半導(dǎo)體激光二極管如何更好地在空間應(yīng)用。功夫不負(fù)有心人，他們終于克服瓶頸，為激光器穿上了一件特制的“太空服”，成功地將它的壽命提高到1年以上，按時(shí)完成正樣產(chǎn)品。

　　上天后，激光高度計(jì)幾乎每隔一秒就向月面發(fā)射一束激光，“激光足印”的密度每平方公里達(dá)到0.87個(gè)點(diǎn)，它不斷傳回包括月球南北極在內(nèi)的高程數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了國(guó)際探月數(shù)據(jù)的空白。

　　激光高度計(jì)的研制成功使國(guó)內(nèi)空間激光遙感技術(shù)取得重大突破。“十一五”、“十二五”期間，一批與空間激光技術(shù)有關(guān)的科研項(xiàng)目得到立項(xiàng)，應(yīng)用于多個(gè)國(guó)家空間工程任務(wù)中。

　　而對(duì)于王建宇來(lái)說(shuō)，讓他自豪的不僅是天上的研究成果，還有這個(gè)過(guò)程中成長(zhǎng)起來(lái)的一支有能力自主創(chuàng)新的隊(duì)伍，因?yàn)?ldquo;這些才是金錢難以衡量的”。讓探月車擁有“智能眼”

　　在今年下半年有望“落月”的“嫦娥三號(hào)”巡邏器上，上海技物所有3個(gè)載荷，分別是激光高度計(jì)、激光三維成像儀和紅外成像光譜儀。王建宇把改進(jìn)激光高度計(jì)的實(shí)踐機(jī)會(huì)給了年輕人。“我讓開了，他們就鍛煉出來(lái)了。”他說(shuō)。

　　而他自己又開始了新的挑戰(zhàn)。這次他的任務(wù)是給探月車做“眼睛”，也就是紅外成像光譜儀。這個(gè)“眼睛”可以讓月球車通過(guò)高光譜分辨率獲取月球物體高光譜圖像，為精確識(shí)別月球表面的特征信息和物質(zhì)分類提供服務(wù)。

　　說(shuō)起來(lái)，這項(xiàng)任務(wù)倒是與王建宇的研究方向比較接近。此前，他已經(jīng)在國(guó)際上率先提出多維精細(xì)超光譜遙感成像探測(cè)技術(shù)和系列解決方法，實(shí)現(xiàn)了把超光譜成像的高光譜分辨率、高空間分辨率、高時(shí)間分辨率集成化。

　　然而，由于航天設(shè)備要“斤斤計(jì)較”，紅外成像光譜儀的“減肥”任務(wù)十分艱巨。要把原來(lái)裝在飛機(jī)上的重達(dá)100公斤的“大塊頭”變成5公斤左右的“小家伙”，安裝在0.6米高的月球車上，王建宇的挑戰(zhàn)又來(lái)了。

　　經(jīng)過(guò)思索，他想到了用一塊方糖大小的LTF晶體來(lái)進(jìn)行波長(zhǎng)選擇和多光譜成像。“當(dāng)電能量加在晶體兩端時(shí)，晶體內(nèi)部的原子會(huì)根據(jù)聲波的強(qiáng)度重新排列，相當(dāng)于是可變參數(shù)的光柵，讓紅外成像光譜儀"看到"從可見光到2.5微米紅外光之間的光譜。”他解釋說(shuō)。

　　原理有了，然而研究晶體并不是王建宇的強(qiáng)項(xiàng)。他找到了中電26所研制以LTF為核心的分光器件，在雙方聯(lián)合攻關(guān)下，終于突破技術(shù)難題，研制成的“聲光可調(diào)諧濾波器”相關(guān)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際一流?，F(xiàn)在，王建宇正在期盼月球車的紅外成像光譜儀能帶回優(yōu)質(zhì)圖像。

　　把“量子通信”搬上衛(wèi)星

　　安全性是量子通訊的拿手好戲，也是目前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。然而，超遠(yuǎn)距離乃至衛(wèi)星和地面的量子通信和量子力學(xué)的基本問(wèn)題檢驗(yàn)在國(guó)際上卻一直是個(gè)難題。

　　今年6月《自然—光子學(xué)》中一篇文章再次引起全球關(guān)注，王建宇等人用自主研發(fā)的星地量子通信樣機(jī)進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)再次驗(yàn)證了星地量子通信的可行性，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)再添助力。從原理上說(shuō)，由于量子信號(hào)的攜帶者光子在外層空間傳播時(shí)損耗比地面小得多，如果能夠在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)在衛(wèi)星上產(chǎn)生光子，再穿透大氣層后仍然存活并保持其量子特性，人們就可以在衛(wèi)星的幫助下實(shí)現(xiàn)全球化量子通信。

　　事實(shí)上，由中科院院士、項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉提出的量子通訊衛(wèi)星計(jì)劃的攻關(guān)工作，早在2008年就被列為中科院重大創(chuàng)新項(xiàng)目，王建宇出任該項(xiàng)目的總工程師，開始和潘建偉合作進(jìn)行攻關(guān)實(shí)驗(yàn)。2011年量子科學(xué)衛(wèi)星工程正式列入空間科學(xué)衛(wèi)星戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)。

　　在2008年至2011年期間，中國(guó)科技大學(xué)、中科院上海技物所、中科院光電研究所、上海小衛(wèi)星工程中心和中科院上海光機(jī)所的科學(xué)家們攜手攻關(guān)，在我國(guó)的遼闊的青海湖畔，開展了一系列驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，首次證明量子通信衛(wèi)星在技術(shù)上可行性。

　　預(yù)計(jì)，我國(guó)將在2015年前后發(fā)射全球首顆量子通訊衛(wèi)星。目前，相關(guān)研制工作正在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。

　　“細(xì)節(jié)決定成敗。從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)到交付、應(yīng)用，每一環(huán)節(jié)都不能馬虎，否則一環(huán)出錯(cuò)，結(jié)果就是整體失敗。”王建宇說(shuō)。他希望與整個(gè)團(tuán)隊(duì)全力以赴，把好每道關(guān)，讓世界早一天看到中國(guó)的量子通訊衛(wèi)星。

　　其實(shí)，作為中科院上海分院領(lǐng)導(dǎo)之一的他完全可以離開科研一線，但王建宇卻從未想過(guò)放開老本行。“這才是我真正喜歡做的事，不讓我做，我會(huì)難受的。”他笑言。