万米高空同时向两个储钱罐扔旋转的硬币,这位“土鳖”团队做到了

来源:上观新闻

作者:张亮

摘要:那天,当我看到现场传回来的第一手数据和图片的时候,我又不争气地哭了。我终于见到了这颗星,它比我想象中还要美,它确实是夜空中最亮的星。

人物简介:张亮,中国科学院上海技术物理研究所量子密钥通信机主任设计师。他所在团队是世界首颗量子科学实验卫星有效载荷总体单位,先后突破了星地光路快速捕获、高精度跟踪与瞄准、复杂光机系统高保真偏振调制等多项关键技术,在星地量子通信领域取得国际领先的重大科研成果,保障了国际首颗量子卫星核心指标的实现和星地量子通信实验的顺利进行,具有重要战略意义和重大国际影响。团队成果曾获2015年中科院杰出科技成就奖(集体)、第十六届中国国际工业博览会创新金奖。

我是一名土生土长的博士,也是大家说的“土鳖”。去年8月16号,我们国家发射的“墨子号”卫星引起了全世界的广泛关注,美国《华尔街日报》甚至发表了“沉寂了一千年,中国誓回发明创新之巅”的评论文章。为什么呢?因为这是世界第一颗空间量子科学实验卫星,这颗卫星做的是全世界都想做却都没有做过的事情,它要向相隔1千公里的两个地面站发送纠缠光子对,而这些光子中包含了量子信息。这就相当于在1万米高空的飞机上同时向两个储钱罐扔旋转的硬币(见视频)。通过这颗卫星,我国将在世界上率先实现绝对安全的保密通信实验,这对我国信息安全意义重大。

由于没有先例可以借鉴,我们自主研发并突破了一系列高新技术,它证明了我们本土科学家,也能做全世界最领先的事情。

值得一提的是,这颗卫星的研制团队非常年轻,大部分人刚参加的时候还不到30岁。令人骄傲的是,我也是其中的一名成员。

年轻的研发团队

2008年,我在上海技术物理研究所读研,那一年量子通信卫星的项目启动了,导师安排我研究光路对准技术,就是前面打比方的“从飞机上往储钱罐扔硬币的技术”。作为一名学生,能够参与到这样一个大的国家项目,虽然是一个不小的挑战,但也很激动,那时候我就会经常想“能在太空中发射激光”的卫星到底什么样子,它会不会是夜空中最亮的星呢?

但是当时的我,没有想过,为了见到这颗星,我从一个20出头的小伙子变成了如今的大叔。

刚刚进入项目组的时候,队员们都是一些20出头的小伙子,个个都是意气风发,却从来没有想过这个东西有多难。2009年,为了验证一个技术的可行性,我们带着研制的样机来到了青海湖。青海湖是个理想场地,天气好的时候能看清对面100公里外的山头。当时我担任了“试验队长”。

在青海湖旁做实验

去过青海湖的朋友都知道那里风景很漂亮,但是我们的工作条件并不怎么好。我们不仅要克服高原反应,还要自己搭帐篷、生火取暖、做饭。烤土豆,是那时候我们最喜欢的食物,但现在我看到土豆就想吐。

在青海湖的两年时间里,我们跑遍了地图里面的每个地点,为了充分地试验验证,我们设计了一系列“五花八门”的试验。我们租了各种车,有皮卡车、拉羊的车、清扫垃圾的保洁车、还有大吊车。我这个“试验队长”,有一项重要的职责就是,做吊车试验的时候通常被吊上去的都是我。

那时候虽然苦,但却很开心。有一次,我们往山上运设备,因为车速太快,急转弯的时候,设备被甩到了路边,断成了三截。当时大家都很害怕,一群毛头小伙子坐在悬崖边上集体哭。我也躲在一边偷偷地哭。好在导师打电话过来,并没有责怪我们,先问了我们有没有摔伤,然后安慰我们说大不了明年再来做。

听了这个话,我们不哭了,也不知道哪来的勇气,我们决定在哪跌倒就在哪爬起来。我们把这些摔烂的零件都带回了宾馆,连续15天,几乎是不眠不休,终于修好了设备。风雨之后才能见彩虹,所以这张图里大家的笑容是最开心的。

最终我们团队完成了世界上第一次基于热气球的量子通信实验,成果发表在国外著名学术杂志上,被国际同行评价为“人类向星地量子保密通信迈出的重要一步”。

虽然地面试验成功了,但距离卫星上天还很远。

2011年,我研究生毕业了,当初和我们并肩作战的小伙伴有一些已经退出这个项目。我当时留了下来,后来担任了量子卫星其中最大一个载荷的技术负责人。当时我自以为大风大浪都过来了,所以还是蛮有自信的。但没想到很快就遭到当头一棒。

航天项目和地面试验不一样,只能成功不许失败。为了确保成功,我们的产品要经过严格的测试,包括大于单机10倍重量的力学振动试验、峰值为单机600倍重量的冲击试验、边界温度零下200多℃的真空试验等等。我们的第一代产品做完这些测试已经遍体鳞伤了,性能严重下降。如果卫星上天了再发生这个状况,整颗卫星就废掉了,不只是国家损失几个亿的问题,整个航天探索都会深受打击。当时压力很大,我们花了3个月时间推倒重来,不能容许出任何差错。原先沿用别人的设计也不再完全适用,因为我们要做的是一个没人做过的高精尖产品,单纯继承是远远不够的,我们需要从根子进行创新。

随着研制的进展,遇到的新问题越来越多。当初并肩作战的小伙伴已经所剩无几。这些东西压在我心上,让我渐渐感觉一切都不再新鲜有趣。有时候遇到一个问题,连续几个月都没有进展的时候,我也曾想过退出。但每次心里斗争后,总是舍不得,我发现自己与这个项目已经产生了感情,不仅仅是责任,还有内心对最初梦想的期待。

数不清的日夜后,2016年8月16日卫星终于发射成功了。那天,当我看到现场传回来的第一手数据和图片的时候,我又不争气地哭了。我终于见到了这颗星,它比我想象中还要美,它确实是夜空中最亮的星。

将近十年的时间,我把青春都献给了这颗卫星。很多人笑我傻,但我不觉得。这十年时间里,我收获了很多美好的回忆,有我们的队友情,导师的师生情,最重要的是我们一起做了一件从来没有人做过的事。我为我自己,更为我们这个集体感到骄傲。

十年磨一剑,砺得梅花香。未来,我还会在这个领域继续前行,努力做出一番新事业。