为了探寻宇宙的奥秘,我们派出一颗又一颗卫星穿梭于茫茫太空。怎样让卫星迅速地给我们传回海量信息? 23年前,哈尔滨工业大学执着的青年教师马晶与谭立英开始在中国破解这道世界难题,就这样这两位空间光通信学者成了联通天与地的信使。

  星地激光通信终端于2011年8月16日随海洋二号卫星发射入轨。2011年10月25日,哈工大的马晶与谭立英夫妇带领团队成功完成了我国首次星地激光通信试验。对卫星在轨工程遥测数据的判读和分析表明:我国首次自主创新研发、具有自主知识产权的星地激光通信星上终端性能优于国际同类产品水平,星地激光通信链路性能达到国际领先水平。今年,他们的这一科研成果获得了国防技术发明特等奖。

  卫星光通信是天方夜谭还是民族之梦

  23年前,34岁的谭立英还是哈工大物理系的一名年轻教师,一个5岁孩子的妈妈,每天一边上课,一边忙于做自己的硕士论文,还要一边照顾孩子。在北京图书馆,她查阅了上千篇资料之后,终于为自己的硕士论文找到研究方向。有关卫星激光通信的资料让她的眼前一亮,卫星与卫星间、卫星与地面间用“光”链接起来,可以形成空间的信息高速公路。要是能在浩瀚空间建立一个无线光网络,实时进行高速信息传输,这将是一件了不起的事情!

  在当时那个年代,卫星微波通信还不是十分成熟,更不要说是卫星激光通信,几乎所有的人都认为谭立英的想法是天方夜谭,包括谭立英当时的导师。

  导师劝她:“方向虽好,但难度太大了,难以毕业。你要坚持做这个方向,硕士论文所需的研究费用还要你自己解决。”

  这时,刚刚从日内瓦学成归国的丈夫马晶给了谭立英坚实的依靠。马晶与妻子一起做了战略研讨,他认为这个研究方向很新,没人干,而且它将是今后中国卫星信息传输急需解决的核心技术,该技术若能攻破,将给卫星通信领域带来革命。

  于是,马晶安慰并鼓励妻子:“没经费,我们就用家里的钱做,我陪着你一起干!”

  或许,在上个世纪90年代,只有这夫妻俩坚信:卫星光通信不是天方夜谭,它是民族之梦、中华之梦。

  创业之初的日子无比艰难。或许没人会想到中国的第一个卫星光通信实验室就是马晶从学校借来的一间地下室。地下室里潮气很重,所有的纸质材料放入地上室,都会因为浸入了潮气而变得绵软,难以翻阅。马晶在里面放了一个去湿机,去湿机每天都能抽出三箱满满的水来。

  家里的积蓄和微薄的工资是全部科研经费,谭立英不得不算计着花。为了节省费用,谭立英出门能步行绝不坐公交,能坐公交绝不打车,坐火车能坐硬座绝不买卧铺。但现实问题仍然不可避免,建立理论模型需要实验测试验证,没有经费就没有最基本的实验设备,初步的原理验证无法进行。

  一天,马晶略带得意地安慰妻子:“咱们的仪器有了。”妻子一脸迷惑:“别瞎说了,没有钱,上哪去弄仪器设备?”马晶卖起了关子:“这是个秘密,先不告诉你。”

  两天后,马晶神秘的把妻子带到了那间简陋的地下实验室。拉开实验室门的一刹那,谭立英惊呆了,地上摆了一堆“破烂”。“你改行收破烂了?从哪搜罗的宝贝啊?”谭立英问。马晶却对这些破烂如数家珍:“这是教学实验室报废的仪器,有些修一修兴许能用!”谭立英听了半信半疑。

  之后的几天,夫妻俩在实验室忙活儿开了。他们首先将这些“破烂”整理归类,凑成了几件“整尸”,然后对其进行“拯救”,经过一番“解剖”、“移植”,果真凑成了几件宝贝。就这样,研究开始了,初步的光发射测试验证得到了有效的数据,谭立英终于完成了毕业论文。

  谭立英说,她从不认为自己是个专家,她只是一个学者。因为研究卫星光通信的路上,从单元技术到关键技术,从演示验证系统到原理样机再到基地建设,每一步都是空白,没有任何可以借鉴的东西,她的研究工作完全是一路学习一路摸索走过来的。

  马晶的梦想誓言——莫谓星地通如许,更星间链路待接续。

  谭立英的梦想誓言——挥手再十年,铸就天光路。

  真正的梦想不计回报只有一心付出

  1995年,谭立英硕士研究生毕业时,她与丈夫已在这项研究中投入了两万多元钱,几乎处于“弹尽粮绝”、“无米下锅”的状态。于是,那年秋天,谭立英带着硕士论文和几十袋方便面住进了北京阜成路8号航天部招待所,倔强的她要给这个研究项目跑出一笔经费来。

  跑经费的日子也是谭立英哭得最多的日子。碰壁是常有的事情,冷言冷语也是常听的,很多时候谭立英转身出门时,泪水就滴在了衣襟上。

  在航天部没有任何门路的谭立英完全是用自己的研究热情打动了那里的工作人员。几乎每一个看了她论文的人都会惊奇问她同一个问题:“是谁支持你做卫星光通信研究的?”每次谭立英的回答都会令听的人感慨:“没有项目经费支持,是我自己拿家里钱做的!”

  陈芳允院士——中国卫星测量、控制技术的奠基人之一、“两弹一星功勋奖章”获得者、863计划的倡导者之一,在读了谭立英的毕业论文、了解了他们所做的工作之后,激动地说:“你们做得非常好!国家需要卫星激光通信,也一定会支持你们的研究工作。希望你们能继续做下去,不要有任何顾虑。”

  此后,马晶和谭立英陆续获得了来自哈工大和航天五院的科研基金,研究工作也逐步进入正轨:他们建立了自己的团队,研发完成了星地激光链路的星上光通信终端样机、卫星激光通信地面动态演示验证测试系统、集成化卫星激光通信终端高精度测试校准仪,并朝着工程化空间试验阶段进军……

  20年追梦20年圆梦

  2011年10月25日是让马晶和谭立英可以铭记一生的日子,那是中国首次星地激光链路双向捕获跟踪试验成功的日子。试验现场的大屏幕上,“海洋二号”卫星以时速20000多公里的速度疾驰而来,它经过试验区域的时间只有几分钟,必须在这短暂的时间内,卫星光信号与地面光信号准确对准,实现快速双向捕获、链接并跟踪。

  11秒! “海洋二号”进入链路试验区后,仅11秒,地面终端就成功捕获到星上终端发出的光信号!这一刻,谭立英期盼了太久。20年,这于她和她的团队来说,这是一份堪称完美的礼物。马晶说, 20年,比他想象的时间还要短些,他甚至做好了打30年或者50年持久战的准备。

  这次试验的成功是中国卫星通信技术发展史上的一个里程碑,它标志着中国在空间高速信息传输这一航天高技术尖端领域走在了世界发展前列,这也是世界上首次星地直接探测高速激光通信链路新技术试验取得圆满成功。

  很少有人知道在此之前,马晶与谭立英夫妇已带领团队在基地鏖战了近两个月。由于当初对试验的复杂性及各部分工程任务量等估计不足,科研经费又一次出现了短缺。参与实验的老师们自带行李,挤进了租来的简易房。马晶、谭立英把家里的电视机、窗帘、大米、土豆等一股脑地搬进了这个“新家”。为了节省经费,所有研究人员每天中午都只吃6元的盒饭。到了晚上,忙碌了一天的海洋二号卫星星地激光通信试验项目的总指挥谭立英又变身为厨师为大家准备晚饭。谭立英厨艺了得,每次她做的菜总会被大家抢得连汤都不剩。

  试验成功的那一晚,谭立英做了6个菜:汆酸菜、涮羊肉、拌黄瓜、红焖肉、柿子炒鸡蛋和西葫芦炒鸡蛋。没有大餐桌,团队的所有人围着乒乓球案子完成了一次难忘的聚餐。

  20年,这对夫妇和他们的团队为了追梦付出了太多……谭立英说:“女儿小的时候,我不是把她交给邻居,就是交给我的学生代为照顾。女儿总是埋怨我与她谈心的时间太少,实验室里的那个‘孩子’总是比她更重要……”

  马晶说:“或许我们是不称职的父母,女儿考上高中要住校,我们两口子竟然乐坏了。女儿高考结束第二天,我们就为了项目的事情出差去了……”

  于思源是星地激光链路试验现场总指挥,也是团队里的骨干教师。他绝对是一个钢铁侠,晚上10点钟之前,他几乎都在办公室。即使是结婚,也特别匆忙:第一天坐火车回家,第二天参加婚礼,第三天回实验室工作。

  这些年,他们的心中充满了对家人的歉疚,但为了这个梦想,他们甘愿奉献、甘愿牺牲。

  “20年不是梦想的终止,它只是一个节点,它意味着新的开始。”马晶从不将实验的成功看作是项目的句号。谭立英说:“我们验证卫星激光通信技术的可行性,这只是为在空中搭建无线光网做好了准备。真正要建好这个光网,我们可能还需要10年、20年,甚至更久的时间。”

  或许,梦想就是这样,永不停歇,永无止境!


马晶简历

  1956年4月出生,博士,哈尔滨工业大学航天学院教授(博士生导师),光学专业。空间光通信技术研究中心主任。可调谐激光技术国家级重点实验室副主任,卫星激光通信技术国防重点学科实验室副主任。

  从事的研究方向有卫星光通信、激光干涉计量、光学信息处理、激光全息等。1988年到1990年以访问学者的身份在欧洲核子中心(位于瑞士日内瓦)从事高能物理实验研究工作两年。先后承担了卫星光通信研究的重大项目以及相关的其它项目20余项。分别在终端研制、空间光信号收发、联调与模拟测试、激光束在大气中传输所受的影响及补偿、外场试验、地面验证与评测等多项关键技术的研究中做出了突出贡献。

  已在国内外著名学术期刊、国际会议和国内会议上发表学术研究论文180余篇。在科学出版社和国防工业出版社共出版学术专著2部。获国家技术发明奖二等奖1项、国防技术发明奖二等奖1项、国防科学技术进步奖二等奖3项以及三等奖2项。申请国家发明专利和国防发明专利共57项,已获授权34项。

  在“十五”和“十一五”期间,作为项目第一负责人承担并完成了民用航天重点项目、科学试验重大项目和终端研制重大项目共3项,作为项目第二负责人承担并完成了科学试验重大项目、863高技术重点项目、国际合作项目和国家自然基金项目共4项,为我国空间光通信技术的发展作出了重要贡献。 2011年10月,作为项目负责人,带领科研团队成功地进行了我国首次星地激光通信试验,实现了海洋二号卫星与光通信地面站之间的高速激光通信,建立了稳定的星地激光通信链路。海洋二号卫星星地激光通信试验的成功,标志着我国卫星光通信技术研究进入一个新的阶段,是我国卫星光通信技术发展的一个里程碑!

  多年来,一直坚持光学基础理论的研究,在国际学术界提出并建立了小波光学理论。利用小波理论深入分析光的传播、衍射、成像和滤波等基本现象,提出光的波前滤波新思想,从而建立了一种新的光学信号处理理论—小波光学理论。在小波光学思想的基础上,对传统的几个典型光学衍射理论进行了重新分析和表述。同时,建立了小波光学空域和空频域滤波理论、分析了透镜的小波变换性质和光学系统的点扩散函数、成像及系统传递函数。将小波光学滤波理论成功应用于小波光学混合信号处理系统和小波计算全息图的研究中。


谭立英简历

  1957年8月出生,博士,哈尔滨工业大学航天学院教授(博士生导师),光学专业。空间光通信技术研究中心副主任。卫星激光通信技术国防重点学科实验室主任。在国内最先开展卫星光通信研究工作。从事的研究方向包括卫星光通信、激光干涉计量、光学信息处理、激光全息等。先后承担了多项卫星光通信研究的重大项目以及相关的其他项目20余项。分别在终端研制、空间光信号收发、联调与模拟测试、激光束在大气中传输所受的影响及补偿、外场试验、地面验证与评测等多项关键技术的研究中做出了突出的贡献。

  目前的研究兴趣集中在卫星光通信的相关研究领域。已在国内外学术期刊、国际会议、国内会议上发表文章150余篇。在科学出版社和国防工业出版社共出版学术专著5部。获国家技术发明奖二等奖1项、国防技术发明奖二等奖1项、国防科学技术进步奖二等奖3项以及三等奖2项。申请国家发明专利和国防发明专利共57项,已获授权34项。在“十五”和“十一五”期间,作为项目第一负责人承担并完成了科学试验重大项目、863高技术重点项目、国际合作项目和国家自然基金项目共4项,作为项目第二负责人承担并完成了民用航天重点项目、科学试验重大项目和终端研制重大项目共3项,为我国空间光通信技术的发展作出了重要贡献。

  作为海洋二号卫星星地激光通信试验项目的总指挥,领导所属科研团队成功地完成了该项重大研究项目,于2011年10月25日,成功地进行了我国首次星地激光通信试验,实现了海洋二号卫星与光通信地面站之间的高速激光通信,建立了稳定的星地激光通信链路。海洋二号卫星星地激光通信试验的成功,标志着我国卫星光通信技术研究进入一个新的阶段,是我国卫星光通信技术发展的一个里程碑!

  多年来,一直坚持光学基础理论的研究,在国际学术界提出并建立了小波光学理论。利用小波理论深入分析光的传播、衍射、成像和滤波等基本现象,提出光的波前滤波新思想,从而建立了一种新的光学信号处理理论—小波光学理论。在小波光学思想的基础上,对传统的几个典型光学衍射理论进行了重新分析和表述。同时,建立了小波光学空域和空频域滤波理论、分析了透镜的小波变换性质和光学系统的点扩散函数、成像及系统传递函数。将小波光学滤波理论成功应用于小波光学混合信号处理系统和小波计算全息图的研究中。