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    衛星遙感技術民用化

    編輯:揚州啟東機械有限公司  字號:
    摘要:衛星遙感技術民用化
    方家熊院士是我國光傳感技術領域的領軍人物,2001年當選為中國工程院院士,現任中國科學院上海技術物理研究所研究員、副總工程師,兼任傳感技術國家重點實驗室學術委員會主任、中國光學學會紅外與光電器件委員會主任。

    方家熊院士歷年來從事中、長波紅外傳感器、紫外傳感器、短波紅外傳感器等半導體傳感器的研究開發。其主持開發的多種傳感器成功應用于“風云1號”、“風云2號”氣象衛星,“神舟3號”航天飛船等,相關成果獲6項國家科技進步獎,為我國航天紅外遙感解決了重大關鍵技術問題,開拓了中國航天遙感用紅外傳感器技術。

    航天紅外遙感技術在民用領域發展前景廣闊

    “我們原來一直在研究航天紅外遙感技術,并未涉及民用近紅外光譜儀領域。而現在中國科學院上海技術物理研究所開始全面涉足紅外多光譜技術的研究?!狈郊倚茉菏空f道。

    “為什么我們會對航天紅外遙感技術民用化感興趣?”

    方家熊院士首先介紹了他和他的同事們由原來研制航天紅外傳感器轉向民用近紅外光譜儀器技術研究的相關背景。

    2006年,我們參加了第一屆全國近紅外光譜學術會議,獲得了一個有用的信息:一些儀器公司在生產小型光譜儀器時,一些關鍵的器件國內沒有,都是向國外公司購買。對此我們進行了調研,結果發現,近10年來科技部等部委通過各個渠道支持了很多研制小型、微型近紅外光譜儀項目。但這些項目研制出的儀器其核心部件都采用了國外的,并且,這些儀器完成后并沒有產業化。

    事實上,上面所說的核心部件正好是四年前我們為航天應用研發的“銦鎵砷近紅外焦平面”,儀器就缺這個器件,用戶很迫切,而我們又能夠生產這個核心部件,那么,我們應該在這方面做一點事情了。

    另外,將航天紅外遙感技術民用化還有一個大的背景:國家明確提出逐步轉變經濟發展方式,其中,希望中國科學院不光是研究一些“大”科學,像發展航天技術等重大科研項目以及發表科技文章,還要為工業、農業、醫學等各領域做“一些”具體事情,為國民經濟發展貢獻力量。

    在這個指導思想下,中國科學院有兩個“大部署”:一是創辦新所,這個新所要和地方政府聯合創辦,其目的很明確,不僅要研究尖端技術,更要為地方的經濟發展做一些有用的事情;二是一些老所辦分所,分所的研究領域要與地方經濟發展特色相結合。中國科學院各個所都在“動”,我們所也在努力。例如,我們所辦了兩個分部,一個常州分所;另一個嘉定分部正在建設中。

    航天儀器技術轉向民用:重點在于研發低成本技術

    中國航天遙感用紅外傳感器技術,毋庸置疑是先進的、高水平的。但航天儀器技術應用到民用領域,需要突破哪些“瓶頸”呢?針對這一問題,方家熊院士談到:

    將一些航天儀器技術轉向民用有許多需要再研發的地方,以近紅外光譜為例,近紅外光譜技術發展是以應用為驅動的,所以,我們在2008年就開始和“外面”聯系。其中,一位是江蘇大學的陳斌教授,他研究的領域主要是食品工業,自己也研制一些近紅外光譜儀器分析軟件和硬件。另外一位是浙江大學的龔淑英教授,她研究的領域主要是茶葉質量評價。兩位教授都是從事應用研究的,他們對近紅外光譜儀的要求是小型化、可靠、便宜。

    說實話,研制符合這三個要求的近紅外光譜儀的難度不比研制航天儀器低。航天儀器也要求小型、可靠以及低功耗,但對成本沒有過多要求。小型、微型近紅外光譜儀器在工業、農業、醫學等各方面的應用范圍非常廣泛,但是現在一般一臺儀器需要幾十萬,如果是野外使用的常常需要上百萬,所以迫切要求降低成本。

    然而,對我們來說,“便宜”不是通常認為的擴大生產規模來降低成本,而是要研發低成本技術。例如,原來在航天儀器中使用鉑金、黃金材料,現在轉向民用需要使用鋁等普通金屬材料,成本降低的同時要保證相應的性能也能滿足使用要求。低成本技術要求從原理上、基礎上研究,進而帶動基礎技術研究。而且,這些相關課題的提出是我們從應用中移植過來的,不是跟蹤國際先進技術,完全是我們自創的。

    成立“組件應用技術研究組”:已完成微型近紅外光譜儀原理樣機

    2009年的時候,方家熊院士團隊專門成立了一個研究組——組件應用技術研究組,研究組的近期發展目標是建立三個設計平臺、三個測試平臺,還要研制出微型近紅外光譜儀。

    其中,設計平臺分別是大規模電路設計平臺、工藝設計平臺、可靠性設計平臺;測試平臺分別是紅外器件MTF(調制傳遞函數)測試平臺、小型光譜儀參數測試平臺、短波紅外焦平面參數測試平臺。這些設計平臺、測試平臺屬于應用基礎技術,主要是為了我們的“銦鎵砷近紅外焦平面”器件能在近紅外光譜儀中得到很好應用,通過發現問題、解決問題,不斷提高器件性能、降低成本,也為航天應用中的器件問題的解決提供了新手段。

    目前,我們已經完成了近紅外光譜儀的原理樣機,正在測試“銦鎵砷近紅外焦平面”器件的應用效果。同時,我們也搭建了MTF測試系統,現階段主要測試“銦鎵砷近紅外焦平面”的傳遞函數,目標是找出傳遞函數與器件的設計、加工、物理機理之間的關系,將器件本身搞清楚,以提高器件的傳遞函數。MTF測試系統項目就是我們從應用中提煉出來的基礎研究課題。

    在這個過程中,方家熊院士團隊有兩點體會:首先,近紅外光譜技術是以應用帶動有關技術的發展,這里的“技術”包括軟件技術、基礎技術、硬件技術,基礎技術主要是化學計量學;其次,從新應用要求——低成本技術要求中提煉出基礎技術課題進行研究,獲得我們自己的擁有自主知識產權的科研成果,而且這個成果是可以馬上實現應用的。

    方家熊院士談我國分析儀器行業存在問題及與國外差距

    方家熊院士是我國著名的光傳感器專家,為我國科技事業作出了突出貢獻。針對我國分析儀器行業發展中存在的問題,方家熊院士以其40多年科研工作的經驗指出:

    我國分析儀器發展中存在的主要問題:基礎研究與應用研究、生產制造脫節

    首先最大的問題:我國科研力量分散,如何將其“捏合”起來?

    我國科研力量存在著分散、“小打小鬧”、“捏不起來”的問題。如何能把科研力量捏合起來,形成我國分析儀器硬件技術、軟件技術的攻堅力量是目前我們著重需要解決的問題。

    第二個問題:如何與國外儀器公司相處?

    一方面我國分析儀器行業應該感謝國外儀器公司的幫助,另一方面兩者之間還存在著競爭關系。所以,國產分析儀器公司與國外儀器公司之間是一種又合作又競爭的關系,而在這個關系中,最好的結果是能夠獲得雙贏,國外儀器公司能夠賺到錢,我們的相關工業水平也得到了提高,共同使儀器的價格降下來,共同努力使應用范圍更廣泛。

    第三個問題:如何將企業人才培養計劃提升至更重要的位置?

    國家基金委每年投入大量資金,主要有兩個任務:第一就是把基礎研究成果成功延伸到應用研究和生產制造環節中,為應用研究和生產制造提供科學方法;第二是培養科技人才。當前的科技人才培養主要在大學和科研院所,未來應該把企業人才培養列到更重要的位置上,促進企業提升技術水平,促進企業能很快將基礎研究的成果應用到生產中。

    第四個問題:我國科技界只緊盯、跟蹤國際前沿技術,這是一個誤區!

    緊盯、跟蹤國際科技前沿以前是需要的,但做不出具有完全自主知識產權的科研成果。所謂“緊盯國際科技前沿”就是一些人在做,但領頭的人多是外國人,等于說我們是跟著別人跑、是落后的?!案檱H先進技術”則是別人已經做了五六年、已經產業化了,我們再跟著做,距離“前沿”就更遠了。

    為什么過去我們一直都是在跟蹤國際先進技術?我認為是我們對應用技術沒有研究透徹。沒有研究透徹,就發現不了問題、提煉不出基礎研究課題。我們的基礎研究通常是看到國際上發表了什么文章,跟著做。我想我們要努力改變這種狀況了。

    國產近紅外光譜儀器與國外的差距:不在水平而主要在可靠性

    國產近紅外光譜儀器與國外的技術水平相差并不大,差距主要在可靠性方面。但我國分析儀器行業對儀器的可靠性研究并不太重視。陸婉珍院士曾經提出的“我國分析儀器企業應發展穩定、可靠的硬件”的經驗之談應引起我們的重視。

    另一個差距是在儀器的配件方面,通常,國產儀器配備的附件沒有國外儀器配備的完善。國內儀器生產企業與應用者的聯系不緊密,生產企業對用戶不了解,不知道用戶想干什么。并且,若只是為一部分用戶的應用需求而投入大量的人力、物力,多數國內生產企業是不愿意的。

    事實上,在儀器的關鍵器件方面,國內與國外差不多,國內外儀器公司的關鍵部件都是購買的,區別只在于,國外儀器公司的國內有這方面的器件,或有價格的優勢;而我國的儀器公司則需要向國外購買,無法實現完全本土化生產。

    對年輕基層科研工作者的建議:在干中學、在干中提升水平、在干中獲得利益

    首先,做好當前的工作。即使只做一天的工作,也不要馬虎的混過去。遇到什么問題,記錄下來,再尋求各種方式去解決。

    第二是碰到任何分析儀器、分析方法時,主動把它們的原理搞清楚,這個學習過程比在大學里的學習有效得多。

    第三是在做一個實驗時,盡力將實驗的所有配置以及它們相互之間是如何配合的全部弄明白。

    總的來說,就是在干中學,在干中提升自己的水平,在干中獲得自己的利益。在當前的工作中磨練創新思維,從小改小革向重大創新發展。
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