2015年1月9日,北京人民大会堂,国家科学技术奖励大会正在举行。代表我国发明创造最高水平的奖项——国家技术发明奖一等奖开始颁发。领奖台上,马晶教授从李克强总理手中接过了鲜红的获奖证书。

  马晶、谭立英教授团队成功进行了“星地激光链路通信试验”,这是我国卫星通信技术发展史上的一个重要里程碑,标志着我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前列。

  从1991年的一篇硕士毕业论文到2011年的我国首次星地激光通信链路试验的圆满成功,再到如今的国家技术发明奖的一等奖,马晶、谭立英带领他们的团队用20余年的坚守与执著、攻坚与奉献,实现了星地激光链路快速捕获、稳定跟踪和高质量通信,为我国建立空间激光高速实时信息网络奠定了工程和技术基础。

  “瞄得准、捕得快、跟得牢”这又何尝不是这支团队的生动写照呢?

  “瞄得准”——小教师挑战大课题

  实现星地激光通信到底有多难?想象一下在时速高达2.8万公里高速运动的卫星与地面站之间,在近2000公里的距离下实现微弧度量级精确双向极窄光束相互对准,其难度可想而知。我们可以用“针尖对麦芒”来描述它的难度,用双手各拿一根针和一个麦芒,要使针尖和尖尖的麦芒相互对准,角对准精度大约需要100微弧度,你会感觉很不容易对准,而且要保持始终相互对准就更难。星地激光链路中,上下行的两束光相互对准所要达到的角对准精度在1微弧度左右,并且要在卫星高速运动和大气的严重扰动中实现,其难度比针尖对准尖尖的麦芒还要难上百倍。

  可是,如果说这项尖端技术在中国的发展,仅仅起因于一篇硕士论文,你会不会觉得不可思议?

  1991年的秋天,我校物理系一名年轻的女教师,为准备硕士论文,只身从哈尔滨来到北京。在资料文献浩如烟海的北京图书馆内,一篇关于卫星激光通信技术的外国文献进入了她的视野。当通读完全篇论文之后,她被深深地吸引了,立刻意识到卫星激光通信是一个国际前沿的研究领域,中国未来也一定需要卫星激光通信技术。

  所谓卫星激光通信,就是用“激光光束”把卫星与卫星、卫星与地面链接起来,通过激光进行高速信息传递。卫星激光通信的信息传输能力远大于微波卫星通信,能够有效解决现代卫星技术发展所带来的数据传输瓶颈问题,可形成空间激光高速实时信息网络,使卫星具有前所未有的极大信息传输能力。

  为抢先建立空间高速信息公路,在空间信息领域掌握主动权,从20 世纪60、70、80 年代起,美国、欧洲、日本就已先后启动该项目,全力进行卫星激光通信技术的研究,而这时中国这一领域尚属空白。

  “是的!这就是我要研究的方向了!”她暗下决心。凭着对科学的直觉和敏锐,那时的她已隐隐地感觉到,卫星激光通信技术也许会成为她一生为之奋斗的事业。

  她,就是谭立英。

  可是,卫星激光通信的关键技术有哪些?突破口在哪里?所有这些问题,谭立英都一无所知,她甚至都不知道应该从哪儿着手做,做什么。她只知道,这一定是一条充满荆棘和险阻的道路,一条自己原本不曾想过要去涉足的道路。

  谭立英从来没有过要做一番“大事业”的念头。热爱生活、喜欢诗情画意的她想法其实很简单:做好本职工作,照顾好丈夫,培养好女儿。但是现在,她站在了人生路上的分岔口。

  顾不得多看一眼美丽的首都,来不及体味一下“陶然亭的芦花,钓鱼台的柳影,西山的虫唱,玉泉的夜月,潭柘寺的钟声……”带着兴奋的心情和一系列未知难题,谭立英在北京图书馆搜集了所有能够找到的相关资料后,归心似箭地回到哈工大,迫不及待地把自己的想法告诉了丈夫马晶。

  马晶毕业于我校物理系,曾在世界上最大的粒子物理实验室——欧洲核子中心做访问学者。他的科研能力十分突出,留在国外会有很好的发展空间,但他觉得自己的事业在中国,于是放弃了优越的科研和生活条件,毅然回到哈工大,成为物理系的一名讲师。

  在认真分析了谭立英带回来的有限资料后,马晶沉默了。

  此时,国外对这项技术的细节进行了严格的封锁,而当时在中国,卫星间微波通信尚没实现,更不用说更超前的卫星激光通信技术了。“美国已研究近30年仍没实现,你要开展这方面的研究,等于新开一个方向,简直是天方夜谭!硕士很难毕业!”面对这样的质疑,谭立英一个人的力量能够支撑起这个伟大而沉重的梦想吗?

  “咱们一起来做吧。”思考良久,马晶打破了沉默,一句看似轻描淡写的话为这个决定“一锤定音”。从此,他们一起走上了卫星激光通信研究的道路——这是一条在中国还没有人走过的充满荆棘和险阻的道路,但这又是一条必须有人去探索的路。

  万事开头难。目标有了,可怎样实现呢?毕业论文题目虽然极具前瞻性和创新性,但挑战性和难度太大了。然而,导师的坚决否定没有阻止他们,专家们的善意提醒没有阻止他们,一穷二白的实验条件也没有阻止他们……钱三强曾说,古往今来,凡成就事业、对人类有所作为的,无不是脚踏实地艰苦攀登的结果。马晶和谭立英就是如此。

  一切从零开始。没有实验室,他们就向别的课题组借了一间潮湿的地下室作实验室,每天都需要用去湿机除湿,经常一天能够抽出十几升水;没有实验仪器,他们就找来一些废旧仪器自己进行修理;没有启动经费,他们就将马晶出国期间积攒下来的钱拿出来开展研究……

  “既然选择了远方,就只顾风雨兼程。”这句话放在马晶和谭立英的身上,再合适不过了。就这样,从概念研究开始,他们踏上了卫星激光通信研究的艰难之路。是创新还是盲动?是坚守还是偏执?面对质疑,他们在20多年后的今天给出了圆满的答案。

  那一年,马晶35岁,谭立英34岁。

  “捕得快”——小论文演绎大文章

  20年看起来很长,但在很多专家眼中,从基础研究到工程化研究,再到空间试验,仅用20年的时间已经很快了。马晶也说,从1991年开始到2011年就成功了,比自己最初想象的时间要短,他原本做好了打30年或者50年持久战的准备。

  是他们找到了捷径,还是机遇眷顾了他们?

  从1991年到1995年,1000多个日日夜夜,无数次的论证和试验,他们终于完成了卫星激光通信的概念研究和单元技术研究,并初步掌握了关键技术。1995年,谭立英顺利通过硕士论文答辩。但是,这项研究早已超越了单纯的毕业论文的意义,作为马晶和谭立英心仪的毕生事业,卫星激光通信的研究还要继续做下去。

  困难再一次摆在了他们面前。

  前期的研究已经让他们倾其所有,投入了自家的2万多元,这是他们多年的积蓄,如果继续投入,他们真的就要“倾家荡产”了。

  世上没有绝望的处境,只有对处境绝望的人。1995年秋天,就在快要“走投无路”的时候,谭立英想到主动出击。她带着硕士论文,背着20 袋方便面,来到当时的航天部争取支持。

  “真是两眼一抹黑,找谁都不知道,谁我也不认识,该怎么办呢?我一筹莫展,只能在楼道里来回溜达……”谭立英的举动引起了一个年轻工作人员的注意。问明情况后,这位同志介绍她去找中国空间技术研究院,研究院的同志又介绍去503所找姜昌研究员。

  姜昌了解他们的研究现状后,非常感动地说:“我给你写封信,你去找陈芳允”。陈芳允院士是中国卫星测量、控制技术的奠基人之一、“两弹一星功勋奖章”获得者。在阅读了谭立英的毕业论文、了解了他们所做的工作之后,陈芳允也深受感动,激动地说:“你们做得非常好!国家需要激光通信,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,我也和你们学校负责领导介绍一下。”

  1996年,时任哈工大副校长的强文义找到马晶和谭立英,询问研究进展,鼓励他们刻苦攻关。学校向他们提供了5000元的科研基金,支持前期项目探索研究,解了燃眉之急。1997年学校又拿出2.5万元的航天基金支持他们的研究工作。同年,他们获得了航天五院8万元的预研基金支持。有了专家的认可,学校和上级部门的支持,他们的研究有了坚强的后盾和更大的动力。

  单丝不成线,独木不成林。为了更好地开展研究工作、培养相关专业人才,马晶和谭立英逐渐组建起了属于自己的科研团队。他们将自己掌握的全部技术毫无保留地传授给课题组的新人,手把手地带出了一批青年骨干,将一个研究方向变成了整个团队的事业追求。历经20年,团队已经从最初的两个人发展成为由百余名师生组成的科研基地。

  马晶和谭立英白天在实验室忙了一整天,晚上回家后还经常要查阅资料、审阅学生论文,有时候为了赶研究报告的进度,两人只能轮流休息。长期没有规律的生活和睡眠不足,导致谭立英身体严重透支,有时走路都能摔倒。

  在马晶和谭立英的影响下,团队每一位年轻人都充满了干劲,全身心地投入到工作中去。为了调整一个光学元件的位置,好多人经常围着光学平台,弯着腰一干就是两三个小时。当他们把精细的角度调整到位时,才发现腰已经直不起来了。

  在测试攻关阶段,大家常常夜以继日地一调就是几个月。“样机对振动和温度都非常敏感,只好选择在后半夜调试。那时,我们经常整夜睡在实验室里,几个人轮流调试”。团队成员们表示,虽然条件艰苦,但大家只觉得这是个挑战,并且一定要挑战成功。

  正是靠着所有成员这种执著精神的支撑,2000年团队的基础研究终于取得了阶段性的成果,他们承担的相关预研项目在北京通过了鉴定。鉴定专家委员会认为,其技术水平和研究成果为国内领先,达到国际先进水平。

  成功没有让这个团队停下脚步,反而激励他们向更高的目标迈进,他们决定向工程化研究进军。更高的目标提出了更高的要求。卫星激光通信本身就是一个跨学科的技术,要进行工程化研究,更需要多学科的协作攻关。在项目实施过程中,他们紧紧依靠学校扎实的技术基础和学科优势,发挥多学科协作攻关的传统,形成了以卫星激光通信技术为引导,包括光电子、精密机械、控制和电气工程等多个学科组成的联合创新团队。冉启文、周彦平、梁迎春、陈兴林、李勇、杨贵杰、杜云龙、王岩等各专业的佼佼者都参与其中。

  2001年3月24日,国防科工委系统一司在北京组织召开了空间数字激光通信技术论证会,航天领域许多著名专家前来把关。“两弹一星元勋”王希季院士、张履谦院士等指出:“卫星激光通信技术是我们国家急需的技术,而且,这也是我们国家必须要上的技术。”领导与专家们高瞻远瞩,并一致同意支持,使中国卫星激光通信技术的工程化应用向前迈了一大步,他们的肯定为该技术的快速发展提供了强大动力。谭立英回忆说,最后论证通过,经费也获得了较大支持,这对团队来说简直是久旱下的甘霖。

  有了这笔经费,研究进展很快。经过5年的刻苦攻关,团队实现了一次又一次零的突破:他们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……2005年11月,民用航天工程预研项目在验收时得到了评审专家组的一致好评。该项目2009年获国家技术发明二等奖。

  2007年1月,海洋二号卫星工程项目获得国家立项批复,并确定在海洋二号卫星上进行星地激光通信试验。在这项试验中,马晶担任海洋二号卫星副总设计师,负责星地激光通信试验,谭立英任星地激光链路系统总指挥。

  经过4年多日日夜夜的刻苦攻关,2011年8月16日6时57分,我国“海洋二号”卫星在太原卫星发射中心成功升空。2011年10月25日,我国首次星地激光链路试验取得了圆满成功。

  2012年10月31日,北京,星地激光链路试验项目鉴定会。与会专家指出:成功进行了我国首次星地激光链路试验,圆满完成了各项试验研究任务。……链路捕获时间短、链路跟踪稳、通信质量好,综合技术居国际先进水平,主要性能处于国际领先。

  这一年,马晶56岁,谭立英55岁。

  “跟得牢”——“小光斑”凝聚大团队

  “跟上了!跟上了!一直在牢牢地跟着!”

  2011年10月25日早6时许,我国首次星地激光链路双向捕获跟踪试验正式开始。海洋二号卫星以时速2万多公里的速度向我国上空疾驰而来,过顶只有几分钟,卫星光信号与地面光信号必须迅速精确对准,实现快速双向捕获、链接并跟踪,每个步骤都不能失误。仅11秒,地面终端成功捕获到星上终端发出的光信号,期待已久的“小光斑”终于出现在屏幕上——这,意味着试验成功了。马晶、谭立英一直紧盯监测屏幕的眼睛湿润了,团队的小伙子们情不自禁地高呼起来。

  试验成功后,谭立英亲自做了6个菜:红焖肉、涮羊肉、汆酸菜、拌黄瓜、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。回忆起这些年的艰辛和付出,只有他们自己能够体会。

  星地激光通信链路数据传输试验期间,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。参与试验的团队成员们都自带行李,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,忙碌了一天的谭立英又变身为厨师为大家准备晚饭。“我的厨艺还是很不错的,每次做的菜总会被大家哄抢一空。”谭立英笑着说。

  是什么让他们在这么艰苦的条件下依然如此乐观地坚守理想呢?

  “是哈工大,是卫星激光通信,是我们这个不计得失与名利的科研团队,他们让我舍不得也放不下。”“我们课题组就像一个家,在这儿工作很开心。每个人都特别认真负责,无论有多难,大家都毫无怨言,也从不推卸责任,我是离不开这个‘大家庭’的。”团队里的年轻人给出了这样的答案。

  团队成长的历程,也是国家急需人才的培养过程。团队骨干成员于思源教授在1996年刚刚读硕士时,还不知道卫星激光通信为何物,后来成长为我国首次星地激光链路试验的现场总指挥。团队中的很多年轻人像于思源一样已经成为能够独当一面的技术骨干。“我们团队的学生现在真是供不应求,很多研究院所都点名要。”马晶、谭立英如是说。

  马晶、谭立英带得好,年轻人“跟得牢”。在质量和标准面前,整个团队的责任意识同样“跟得牢”。

  卫星激光通信系统是一项复杂的工程,质量管理体系在这个复杂的工程系统中是重中之重。是什么让哈工大的科研质量管理体系达到了航天工程的要求?是哈工大人的责任心,是哈工大“规格严格,功夫到家”的优良传统。

  “马老师治学严谨,从不放过技术上的每一个细节,不厌其烦。”于思源说,有一次他盯住了我某公式里系数前面的一个“系数2” 反复问,这个系数“2” 是怎么来的?于思源解释说这是几年前就推出来的,肯定没问题,你不用管了。马晶还是抓住不放,让他讲清楚。接连问了好几次,于思源为了证明马晶的怀疑是多此一举,花了两天时间从头到尾推导了一遍,结果还真的查出来了,这个系数“2”确属多余——马晶的怀疑是对的。

  “规格严格,功夫到家”的校训已经融入了他们的血脉。不仅如此,从设计文件、资料的归档到元器件的采购、安装调试的记录等等,科研团队都按照总体单位的要求来完成。他们不仅自己设计、自主研发了所需的专用设备,还在实践过程中检验和确定出了一套光电器件筛选的统一标准,为光电器件的筛选建立了一个可靠性保证平台。哈工大还在全国高校中率先建立起质量管理体系,并通过了ISO9001质量体系认证,成为国内第一所具有科研质保体系的高校。

  “我们并不比外国人聪明,我们的优势在于整个团队的勤奋和团结。成功与哈工大的优良传统分不开。项目立项后,各学科精英通力协作,携手攻关,协同创新。强大的集体力量为项目快速发展提供了充足的动力。同时,围绕着这个方向,我们也获得了航天院所、中科院和许多企业的大力协同支持。”就像马晶所说的那样,在需要携手攻关时,协同创新依然“跟得牢”。

  对此,副校长安实说,一直以来,哈工大坚持“面向国家重大需求,面向国际学术前沿”,马晶、谭立英研究团队的成功恰恰体现了这一办学特色。他们是哈工大众多团队和教授中的优秀代表,爱国敬业的社会主义核心价值观在他们身上得到最直接的体现。一代又一代哈工大人扎根在祖国的大地上,秉承航天精神,为了国家的安全和富强辛勤耕耘。这一方面,哈工大同样“跟得牢”。

  2013年,星地激光链路试验项目入选“中国高等学校十大科技进展”。同年,团队获得了“全国工人先锋队”称号。

  “莫谓星地通如许,更星间链路待接续。我们今后的梦想就是建立天地一体化的激光高速信息网络,实现天地高速互联。我和我的团队将继续为实现这一梦想作无畏的追梦者。”2014年教师节前夕,作为全国模范教师,马晶在我校庆祝教师节暨优秀教师表彰大会上畅谈了团队永不停歇的信念。

  “雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。”虽然星地激光通信链路新技术试验的工程任务圆满完成了,但在马晶和谭立英看来,这仅仅是序曲,卫星激光通信事业还要继续下去——“下一步的骨头更难啃,目标是实用性更强、寿命更长、链路更远、数据传输量更大,最终在天上建光网,实现天地一体化,这就是我们的梦想。”