國家技術發明獎一等獎馬晶譚立英團隊：進行我國星地激光通信試驗
2015年1月9日，北京人民大會堂，國家科學技術獎勵大會舉行，代表我國發明創造最高水平的獎項——國家技術發明獎一等獎開始頒發。哈爾濱工業大學教授馬晶走上領獎台，從李克強總理手中接過了大紅的國家技術發明獎一等獎獲獎證書。
馬晶、譚立英教授團隊成功進行了我國首次“星地激光鏈路通信試驗”，這是我國衞星通信技術發展史上的一個重要里程碑，標誌着我國在空間高速信息傳輸這一航天高技術尖端領域走在了世界前列。
從1991年的一篇碩士畢業論文到2011年的我國首次星地激光通信鏈路試驗的圓滿成功，再到如今的國家技術發明獎的一等獎，馬晶、譚立英帶領他們的團隊用20餘年的堅守與執著、攻堅與奉獻，實現了星地激光鏈路快速捕獲、穩定跟蹤和高質量通信，為我國建立空間激光高速實時信息網絡奠定了工程和技術基礎。
“瞄得準、捕得快、跟得牢”這又何嘗不是這支團隊的生動寫照呢？
國家技術發明獎一等獎獲得者：哈爾濱工業大學馬晶（左）、譚立英教授團隊。他們進行了我國首次“星地激光鏈路通信試驗”。
“瞄得準”——小教師挑戰大課題
實現星地激光通信到底有多難？想象一下在時速高達2.8萬公里高速運動的衞星與地面站之間，在近2000公里的距離下實現微弧度量級精確雙向極窄光束相互對準，其難度可想而知。我們可以用“針尖對麥芒”來描述它的難度,用雙手各拿一根針和一個麥芒，要使針尖和尖尖的麥芒相互對準，角對準精度大約需要100微弧度，你會感覺很不容易對準，而且要保持始終相互對準就更難。星地激光鏈路中，上下行的兩束光相互對準所要達到的角對準精度在1微弧度左右，並且要在衞星高速運動和大氣的嚴重擾動中實現，其難度比針尖對準尖尖的麥芒還要難上百倍。
可是，如果説這項尖端技術在中國的發展，僅僅起因於一篇碩士論文，你會不會覺得不可思議？
1991年的秋天，哈工大物理系一名年輕的女教師，為準備碩士論文，隻身從哈爾濱來到北京。在資料文獻浩如煙海的北京圖書館內，一篇關於衞星激光通信技術的外國文獻進入了她的視野。當通讀完全篇論文之後，她被深深地吸引了，立刻意識到衞星激光通信是一個國際前沿的研究領域，中國未來也一定需要衞星激光通信技術。
所謂衞星激光通信，就是用“激光光束”把衞星與衞星、衞星與地面鏈接起來，通過激光進行高速信息傳遞。衞星激光通信的信息傳輸能力遠大於微波衞星通信，能夠有效解決現代衞星技術發展所帶來的數據傳輸瓶頸問題，可形成空間激光高速實時信息網絡，使衞星具有前所未有的極大信息傳輸能力。
為搶先建立空間高速信息公路，在空間信息領域掌握主動權，從20 世紀60、70、80 年代起，美國、歐洲、日本就已先後啓動該項目，全力進行衞星激光通信技術的研究，而這時中國這一領域尚屬空白。
法國“阿特米絲”與“斯波特”4對地觀測衞星建立激光通信鏈接[歐空局示意圖]
“是的！這就是我要研究的方向了！”她暗下決心。憑着對科學的直覺和敏鋭，那時的她已隱隱地感覺到，衞星激光通信技術也許會成為她一生為之奮鬥的事業。
她，就是譚立英。
可是，衞星激光通信的關鍵技術有哪些？突破口在哪裏？所有這些問題，譚立英都一無所知，她甚至都不知道應該從哪兒着手做，做什麼。她只知道，這一定是一條充滿荊棘和險阻的道路，一條自己原本不曾想過要去涉足的道路。
譚立英從來沒有過要做一番“大事業”的念頭。熱愛生活、喜歡詩情畫意的她想法其實很簡單：做好本職工作，照顧好丈夫，培養好女兒。但是現在，她站在了人生路上的分岔口。
顧不得多看一眼美麗的首都，來不及體味一下“陶然亭的蘆花，釣魚台的柳影，西山的蟲唱，玉泉的夜月，潭柘寺的鐘聲……”帶着興奮的心情和一系列未知難題，譚立英在北京圖書館蒐集了所有能夠找到的相關資料後，歸心似箭地回到哈工大，迫不及待地把自己的想法告訴了丈夫馬晶。
馬晶畢業於哈工大物理系，曾在世界上最大的粒子物理實驗室——歐洲核子中心做訪問學者。他的科研能力十分突出，留在國外會有很好的發展空間，但他覺得自己的事業在中國，於是放棄了優越的科研和生活條件，毅然回到哈工大，成為物理系的一名講師。
在認真分析了譚立英帶回來的有限資料後，馬晶沉默了。
此時，國外對這項技術的細節進行了嚴格的封鎖，而當時在中國，衞星間微波通信尚沒實現，更不用説更超前的衞星激光通信技術了。“美國已研究近30年仍沒實現，你要開展這方面的研究，等於新開一個方向，簡直是天方夜譚！碩士很難畢業！”面對這樣的質疑，譚立英一個人的力量能夠支撐起這個偉大而沉重的夢想嗎？
“咱們一起來做吧。”思考良久，馬晶打破了沉默，一句看似輕描淡寫的話為這個決定“一錘定音”。從此，他們一起走上了衞星激光通信研究的道路——這是一條在中國還沒有人走過的充滿荊棘和險阻的道路，但這又是一條必須有人去探索的路。
萬事開頭難。目標有了，可怎樣實現呢？畢業論文題目雖然極具前瞻性和創新性，但挑戰性和難度太大了。然而，導師的堅決否定沒有阻止他們，專家們的善意提醒沒有阻止他們，一窮二白的實驗條件也沒有阻止他們……錢三強曾説，古往今來，凡成就事業、對人類有所作為的，無不是腳踏實地艱苦攀登的結果。馬晶和譚立英就是如此。
一切從零開始。沒有實驗室，他們就向別的課題組借了一間潮濕的地下室作實驗室，每天都需要用去濕機除濕，經常一天能夠抽出十幾升水；沒有實驗儀器，他們就找來一些廢舊儀器自己進行修理；沒有啓動經費，他們就將馬晶出國期間積攢下來的錢拿出來開展研究……
“既然選擇了遠方，就只顧風雨兼程。”這句話放在馬晶和譚立英的身上，再合適不過了。就這樣，從概念研究開始，他們踏上了衞星激光通信研究的艱難之路。是創新還是盲動？是堅守還是偏執？面對質疑，他們在20多年後的今天給出了圓滿的答案。
那一年，馬晶35歲，譚立英34歲。
“捕得快”——小論文演繹大文章
20年看起來很長，但在很多專家眼中，從基礎研究到工程化研究，再到空間試驗，僅用20年的時間已經很快了。馬晶也説，從1991年開始到2011年就成功了，比自己最初想象的時間要短，他原本做好了打30年或者50年持久戰的準備。
是他們找到了捷徑，還是機遇眷顧了他們？
從1991年到1995年，1000多個日日夜夜，無數次的論證和試驗，他們終於完成了衞星激光通信的概念研究和單元技術研究，並初步掌握了關鍵技術。1995年，譚立英順利通過碩士論文答辯。但是，這項研究早已超越了單純的畢業論文的意義，作為馬晶和譚立英心儀的畢生事業，衞星激光通信的研究還要繼續做下去。
困難再一次擺在了他們面前。
前期的研究已經讓他們傾其所有，投入了自家的2萬多元，這是他們多年的積蓄，如果繼續投入，他們真的就要“傾家蕩產”了。
世上沒有絕望的處境，只有對處境絕望的人。1995年秋天，就在快要“走投無路”的時候，譚立英想到主動出擊。她帶着碩士論文，揹着20 袋方便麪，來到當時的航天部爭取支持。
“真是兩眼一抹黑，找誰都不知道，誰我也不認識，該怎麼辦呢？我一籌莫展，只能在樓道里來回溜達……”譚立英的舉動引起了一個年輕工作人員的注意。問明情況後，這位同志介紹她去找中國空間技術研究院，研究院的同志又介紹去503所找姜昌研究員。
姜昌瞭解他們的研究現狀後,非常感動地説：“我給你寫封信，你去找陳芳允”。陳芳允院士是中國衞星測量、控制技術的奠基人之一、“兩彈一星功勳獎章”獲得者。在閲讀了譚立英的畢業論文、瞭解了他們所做的工作之後，陳芳允也深受感動，激動地説：“你們做得非常好！國家需要激光通信，也一定會支持你們的研究工作。希望你們能繼續做下去，不要有任何顧慮，我也和你們學校負責領導介紹一下。”
1996年，時任哈工大副校長的強文義找到馬晶和譚立英，詢問研究進展，鼓勵他們刻苦攻關。學校向他們提供了5000元的科研基金，支持前期項目探索研究，解了燃眉之急。1997年學校又拿出2.5萬元的航天基金支持他們的研究工作。同年，他們獲得了航天五院8萬元的預研基金支持。有了專家的認可，學校和上級部門的支持，他們的研究有了堅強的後盾和更大的動力。
單絲不成線，獨木不成林。為了更好地開展研究工作、培養相關專業人才，馬晶和譚立英逐漸組建起了屬於自己的科研團隊。他們將自己掌握的全部技術毫無保留地傳授給課題組的新人，手把手地帶出了一批青年骨幹，將一個研究方向變成了整個團隊的事業追求。歷經20年，團隊已經從最初的兩個人發展成為由百餘名師生組成的科研基地。
馬晶和譚立英白天在實驗室忙了一整天，晚上回家後還經常要查閲資料、審閲學生論文，有時候為了趕研究報告的進度，兩人只能輪流休息。長期沒有規律的生活和睡眠不足，導致譚立英身體嚴重透支，有時走路都能摔倒。
在馬晶和譚立英的影響下，團隊每一位年輕人都充滿了幹勁，全身心地投入到工作中去。為了調整一個光學元件的位置，好多人經常圍着光學平台，彎着腰一干就是兩三個小時。當他們把精細的角度調整到位時，才發現腰已經直不起來了。
在測試攻關階段，大家常常夜以繼日地一調就是幾個月。“樣機對振動和温度都非常敏感，只好選擇在後半夜調試。那時，我們經常整夜睡在實驗室裏，幾個人輪流調試”。團隊成員們表示，雖然條件艱苦，但大家只覺得這是個挑戰，並且一定要挑戰成功。
正是靠着所有成員這種執著精神的支撐，2000年團隊的基礎研究終於取得了階段性的成果，他們承擔的相關預研項目在北京通過了鑑定。鑑定專家委員會認為，其技術水平和研究成果為國內領先，達到國際先進水平。
成功沒有讓這個團隊停下腳步，反而激勵他們向更高的目標邁進，他們決定向工程化研究進軍。更高的目標提出了更高的要求。衞星激光通信本身就是一個跨學科的技術，要進行工程化研究，更需要多學科的協作攻關。在項目實施過程中，他們緊緊依靠學校紮實的技術基礎和學科優勢，發揮多學科協作攻關的傳統，形成了以衞星激光通信技術為引導，包括光電子、精密機械、控制和電氣工程等多個學科組成的聯合創新團隊。冉啓文、周彥平、梁迎春、陳興林、李勇、楊貴傑、杜雲龍、王巖等各專業的佼佼者都參與其中。
2001年3月24日，國防科工委系統一司在北京組織召開了空間數字激光通信技術論證會，航天領域許多著名專家前來把關。“兩彈一星元勳”王希季院士、張履謙院士等指出：“衞星激光通信技術是我們國家急需的技術，而且，這也是我們國家必須要上的技術。”領導與專家們高瞻遠矚，並一致同意支持，使中國衞星激光通信技術的工程化應用向前邁了一大步，他們的肯定為該技術的快速發展提供了強大動力。譚立英回憶説，最後論證通過，經費也獲得了較大支持，這對團隊來説簡直是久旱下的甘霖。
有了這筆經費，研究進展很快。經過5年的刻苦攻關，團隊實現了一次又一次零的突破：他們研發完成了星地激光鏈路的星上光通信終端樣機、衞星激光通信地面動態演示驗證測試系統、集成化衞星激光通信終端高精度測試校準儀……2005年11月，民用航天工程預研項目在驗收時得到了評審專家組的一致好評。該項目2009年獲國家技術發明二等獎。
2007年1月，海洋二號衞星工程項目獲得國家立項批覆，並確定在海洋二號衞星上進行星地激光通信試驗。在這項試驗中，馬晶擔任海洋二號衞星副總設計師，負責星地激光通信試驗，譚立英任星地激光鏈路系統總指揮。
經過4年多日日夜夜的刻苦攻關，2011年8月16日6時57分，我國“海洋二號”衞星在太原衞星發射中心成功升空。2011年10月25日，我國首次星地激光鏈路試驗取得了圓滿成功。
2012年10月31日，北京，星地激光鏈路試驗項目鑑定會。與會專家指出：成功進行了我國首次星地激光鏈路試驗，圓滿完成了各項試驗研究任務。……鏈路捕獲時間短、鏈路跟蹤穩、通信質量好，綜合技術居國際先進水平，主要性能處於國際領先。
這一年，馬晶56歲，譚立英55歲。
哈工大馬晶、譚立英教授和團隊成員
“跟得牢”——“小光斑”凝聚大團隊
“跟上了！跟上了！一直在牢牢地跟着！”
2011年10月25日早6時許，我國首次星地激光鏈路雙向捕獲跟蹤試驗正式開始。海洋二號衞星以時速2萬多公里的速度向我國上空疾馳而來，過頂只有幾分鐘，衞星光信號與地面光信號必須迅速精確對準，實現快速雙向捕獲、鏈接並跟蹤，每個步驟都不能失誤。僅11秒，地面終端成功捕獲到星上終端發出的光信號，期待已久的“小光斑”終於出現在屏幕上——這，意味着試驗成功了。馬晶、譚立英一直緊盯監測屏幕的眼睛濕潤了，團隊的小夥子們情不自禁地高呼起來。
試驗成功後，譚立英親自做了6個菜：紅燜肉、涮羊肉、汆酸菜、拌黃瓜、柿子炒雞蛋和西葫蘆炒雞蛋。沒有大餐桌，團隊的所有人圍着乒乓球案子完成了一次難忘的聚餐。回憶起這些年的艱辛和付出，只有他們自己能夠體會。
星地激光通信鏈路數據傳輸試驗期間，由於當初對試驗的複雜性及各部分工程任務量等估計不足，科研經費又一次出現了短缺。參與試驗的團隊成員們都自帶行李，擠進了租來的簡易房。馬晶、譚立英把家裏的電視機、窗簾、大米、土豆等一股腦地搬進了這個“新家”。為了節省經費，所有研究人員每天中午都只吃6元的盒飯。到了晚上，忙碌了一天的譚立英又變身為廚師為大家準備晚飯。“我的廚藝還是很不錯的，每次做的菜總會被大家哄搶一空。”譚立英笑着説。
是什麼讓他們在這麼艱苦的條件下依然如此樂觀地堅守理想呢？
“是哈工大，是衞星激光通信，是我們這個不計得失與名利的科研團隊，他們讓我捨不得也放不下。”“我們課題組就像一個家，在這兒工作很開心。每個人都特別認真負責，無論有多難，大家都毫無怨言，也從不推卸責任，我是離不開這個‘大家庭’的。”團隊裏的年輕人給出了這樣的答案。
團隊成長的歷程，也是國家急需人才的培養過程。團隊骨幹成員于思源教授在1996年剛剛讀碩士時，還不知道衞星激光通信為何物，後來成長為我國首次星地激光鏈路試驗的現場總指揮。團隊中的很多年輕人像于思源一樣已經成為能夠獨當一面的技術骨幹。“我們團隊的學生現在真是供不應求，很多研究院所都點名要。”馬晶、譚立英如是説。
馬晶、譚立英帶得好，年輕人“跟得牢”。在質量和標準面前，整個團隊的責任意識同樣“跟得牢”。
衞星激光通信系統是一項複雜的工程，質量管理體系在這個複雜的工程系統中是重中之重。是什麼讓哈工大的科研質量管理體系達到了航天工程的要求？是哈工大人的責任心，是哈工大“規格嚴格，功夫到家”的優良傳統。
“馬老師治學嚴謹，從不放過技術上的每一個細節，不厭其煩。”于思源説，有一次他盯住了我某公式裏係數前面的一個“係數2” 反覆問，這個係數“2” 是怎麼來的？于思源解釋説這是幾年前就推出來的，肯定沒問題，你不用管了。馬晶還是抓住不放，讓他講清楚。接連問了好幾次，于思源為了證明馬晶的懷疑是多此一舉，花了兩天時間從頭到尾推導了一遍，結果還真的查出來了，這個係數“2”確屬多餘——馬晶的懷疑是對的。
“規格嚴格，功夫到家”的哈工大校訓已經融入了他們的血脈。不僅如此，從設計文件、資料的歸檔到元器件的採購、安裝調試的記錄等等，科研團隊都按照總體單位的要求來完成。他們不僅自己設計、自主研發了所需的專用設備，還在實踐過程中檢驗和確定出了一套光電器件篩選的統一標準，為光電器件的篩選建立了一個可靠性保證平台。哈工大還在全國高校中率先建立起質量管理體系，並通過了ISO9001質量體系認證，成為國內第一所具有科研質保體系的高校。
“我們並不比外國人聰明，我們的優勢在於整個團隊的勤奮和團結。成功與哈工大的優良傳統分不開。項目立項後，各學科精英通力協作，攜手攻關，協同創新。強大的集體力量為項目快速發展提供了充足的動力。同時，圍繞着這個方向，我們也獲得了航天院所、中科院和許多企業的大力協同支持。”就像馬晶所説的那樣，在需要攜手攻關時，協同創新依然“跟得牢”。
對此，副校長安實説，一直以來，哈工大堅持“面向國家重大需求，面向國際學術前沿”,馬晶、譚立英研究團隊的成功恰恰體現了這一辦學特色。他們是哈工大眾多團隊和教授中的優秀代表，愛國敬業的社會主義核心價值觀在他們身上得到最直接的體現。一代又一代哈工大人紮根在祖國的大地上，秉承航天精神，為了國家的安全和富強辛勤耕耘。這一方面，哈工大同樣“跟得牢”。
2013年，星地激光鏈路試驗項目獲國防發明特等獎,併入選“中國高等學校十大科技進展”。同年，團隊獲得了“全國工人先鋒隊”稱號。
“莫謂星地通如許，更星間鏈路待接續。我們今後的夢想就是建立天地一體化的激光高速信息網絡，實現天地高速互聯。我和我的團隊將繼續為實現這一夢想作無畏的追夢者。”2014年教師節前夕，作為全國模範教師，馬晶在哈工大慶祝教師節暨優秀教師表彰大會上暢談了團隊永不停歇的信念。
“雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越。”雖然星地激光通信鏈路新技術試驗的工程任務圓滿完成了，但在馬晶和譚立英看來，這僅僅是序曲，衞星激光通信事業還要繼續下去——“下一步的骨頭更難啃，目標是實用性更強、壽命更長、鏈路更遠、數據傳輸量更大，最終在天上建光網，實現天地一體化，這就是我們的夢想。”