我的光電所十年——致敬我科研旅程中的領航員們

  我是光電所2008級的研究生,2010年光電所40年所慶的時候,剛回所不久,沒有太多的印象,只記得當時辦了張所慶主題信用卡,后來還因為額度一直很低,被我注銷了。轉眼又是十年,來到50年所慶,這十年里,我見證了光電所的發展,光電所也見證了我的成長。有恩師也有良友,有歡樂也有收獲,當然更有汗水甚至血淚。太多美好的回憶,俯拾即是,不甚枚舉。科研有如航海探險,今天回憶一下十年里我科研之旅的領航員們,以及和他們一起乘風破浪的點滴往事。

   博士課題,龜速賽跑

  有人說,讀博等于賭博。后來證明,我的賭技不怎么樣,但是運氣不錯。在2009年上完研究生學位課回所時,導師給我一個非常新的課題,從那時開始一個方向一直做到現在。還記得當時導師安排課題的時候跟我說的話,“這個課題目前國內研究很少,一起學習吧!”然后給了我幾十篇他前期收集的文獻,我的研究生涯就這么起航了。其實當時除了這個光學的課題,還有一個電學方向的課題。只是大二學完《信號與系統》就對電學敬而遠之的我,并沒有從就業等方面考慮太多。內心還是有一股年輕人的沖勁,想挑戰一下新東西。不過這個過程也一度讓我非常失落。新課題意味著參考資料少,起點高。直到回所一年半之后,有一次大師姐轉述導師對我的評價:“還不錯,入門了”。別人碩士都要畢業了,我才勉強入門,可以想象當時內心的陰影面積。自己也一度懷疑讀博的選擇,畢竟這是在賭未來,不是嗎? 

  現在回頭來看,課題進展緩慢還有個很大的原因,那就是在本科階段沒有很好地完成從中學生的那種“要我學”到大學生的“我要學”的轉變。大學以前唯一的目標就是考大學、考好大學。一旦進了大學,當時的人生目標也就全實現了,因為之前從沒想過進入大學之后還要干什么,腦子里只剩下來自《萌芽》雜志的那些美好憧憬了。再加上沒有了中學的那種被老師的督促壓力,整個人徹底迷茫了。除了按照以前好學生的思維慣性,維持著基本課程的學習,幾乎沒有去主動尋找學習和鍛煉的機會。這就導致我剛回所開始課題研究的時候完全無從下手。對著文獻眼睛一睜一閉,一天就沒了。另一方面,回所不久,我就開始跟著太陽高分辨力成像研究團隊(以下簡稱“太陽團隊”)開展項目工作,經常飛往外場基地進行觀測,并且在2012年初提前留所工作。對于當時還不善于時間管理的我來說,項目工作給我緩慢的課題進展和平日里的懶散找到了一個十分有說服力的借口。所以讀博第五年才有了第一篇SCI,最后不得不延期一年畢業。 

  讀博那幾年,緩慢的研究進展逐漸磨練著我的性格。所以,除了工作進度慢一點,我的工作態度還是好的,把每一個工作任務都當作一個學習的經歷,盡最大努力把任務做好,而不僅限于做完,順便積累著閱歷財富。雖然有壓力,但是內心倒不是特別焦慮。當然,這種心態的養成還有個很重要的原因,那就是讀研期間良師益友的幫助鼓勵以及研究團隊里老師前輩們的言傳身教。 

  在整個研究過程中,導師會在大方向上不時給我把關,讓我少走彎路,并且盡量給我創造交流的條件。期間,在得知我研究課題的理論提出者(一位德高望重的美國老科學家)在國內訪問后,導師專門邀請他來所里訪問幾天,給我創造絕佳的求教機會。只可惜當時英文太差,加上入門尚淺,致使導師的一番苦心收效甚微。2016年一次國際會議上那位老科學家看到我們的系統實驗結果,主動過來跟我要聯系方式,儼然完全不記得我的節奏。以前老說 “學好數理化,走遍天下都不怕” ,這么看來似乎還不夠,最多只能在國內橫著走,要想橫到國外,英文真的很重要! 

  課題研究中一些我難以解決的理論問題,導師也會在百忙之中陪我一起查工具書,推導公式。現在腦子里還有一副在他辦公室里,一起俯身站在辦公桌前翻書的影像,可惜當時也沒有拿手機來一張自拍(想到了,不敢),不然一定非常有紀念意義。他對待問題的鉆研精神,讓我印象深刻,很多時候我提出的問題如果沒有當下解決,那隨后幾天經常會在非上班時間接到他的電話,往往開場白是這樣子的“張蘭強,我出差在機場等登機,忽然想到你昨天說的那個問題,或許還可以這么理解……”,“張蘭強,我現在上班的路上,再梳理了一下你的那個解釋,覺得……”。這種時刻思考的習慣,讓我至今只能望其項背。還好我讀書期間早上基本不睡懶覺,不然估計經常會被他的電話打醒。 

  另一方面,導師對待學術的謙遜很多時候對我也是一種莫大的鼓勵。和他討論完問題,他往往都會謙虛的說他也學到了不少,對問題理解深入了不少。每一次的交流和指導,都讓我的感激之情和知識水平同步提高,也讓我對教書育人有了更加直觀的了解。現在自己也開始帶學生,他當年的教導都還歷歷在目,希望能夠不要誤人子弟。 

   外場試驗,靠天吃飯

  前面說過,我回所不久就開始參與太陽團隊的項目工作,那時候剛開始做太陽自適應光學系統,需要經常到外場進行對天觀測實驗,俗稱“守天”。從這時候開始,我就一直跟著一位團隊前輩。經常在外場一待半個月,甚至一個月。我是光學專業,前輩是電學出身,守天的時候教會了我很多電學方面的知識,讓我對自適應光學系統的電控架構也漸漸有了全面的認識。這些寶貴的經驗在后來從整體角度把控系統上發揮很大的作用。 

  搞天文的是要靠“天”吃飯的,對天觀測難免需要一系列的觀測條件。這些因素有很多,一些理由聽起來甚至有點好笑。比如說,前期的系統沒辦法鎖定低對比度的太陽米粒,只能拿黑子作為信標,所以首先太陽表面得有活動區。其次望遠鏡要能夠正常工作,當時望遠鏡剛開光不久,經常需要暫停觀測進行維護和測試。再者還得有太陽,高原天氣預報準確率還有很大的提升空間,而且天氣多變,眼瞅著大晴天不到半小時烏云滿天,有時候等半天終于出太陽了,跑進去把所有東西準備好,發現太陽又沒了。當然還得有電,剛開始望遠鏡設備科研專屬供電還沒有接通,使用的是當地的鄉村電網,經常供電所打個電話過來要斷電檢修,我們只能提前關機等待。還有就是風不能太大,望遠鏡穩像系統能力有限,風速過大望遠鏡晃動太厲害,也沒法工作。 

  守天的時候需要時不時地看著是否具備觀測條件,時間就會極度碎片化。那就看看書吧!這也是跟著前輩學來的習慣。飛機上不能使用電子產品,卻很適合培養閱讀習慣。前輩出差永遠帶著一本書,還經常給我推薦,講閱讀心得,漸漸地勾起了我的閱讀興趣。現在還能腦補在望遠鏡的儀器暗室里借著屏幕光看書的畫面。當時的工作臺就是一個課桌,工控機顯示器等操控設備都擺在上面,冬天時候工控機的散熱風扇呼呼地吹著冷風,把手凍的僵僵的。或許這些關于讀書的記憶不是源于讀書,而是源于寒冷。 

  說到寒冷,不由得想起一段有趣的回憶。觀測站是沒有空調的,這不光是因為云南的氣候好,更是由于光學觀測需要控制站點局部湍流。大家去云南,一般都不會帶太厚的冬裝,加上沒有空調,只有靠自發熱。不觀測的時候大家都在會議室里各自辦公,手腳被凍得生疼。于是觀測站一位司機師傅發明了一種狗爬式運動,賣相不雅,但是高效實用,可以快速讓手腳都暖和起來,他還好心地為大家找來勞工手套。于是,一副非常滑稽的畫面一遍遍的出現在觀測站的會議室里:只見不一會兒,大家各自找一雙手套,繞著會議室的大會議桌,一個接著一個地四肢著地,一圈一圈地爬。 

  前期的外場實驗條件比較艱苦。望遠鏡在設計時并未考慮自適應光學系統,加上望遠鏡觀測時因為需要消旋,所以后端儀器全部得放在一個旋轉的平臺上,我們的操控也只能放在漆黑的儀器暗室里,并且觀測一會還得把操控臺沿著旋轉臺挪挪位置。那個暗室的環境設計也沒有考慮人在里面長期的工作,涂在墻壁以及鋪在地板上的黑色吸光材料都只是工業級,加上望遠鏡也剛建成不久,密不透風的暗室里面味道很大。在那里面工作過的團隊成員基本上都有鼻炎。我運氣比較好,之前一直有鼻炎,而且很嚴重,寒假回老家都得先去所醫院開好幾瓶霍膽丸備著的那種。結果在里面悶久了,估計是以毒攻毒,后來鼻炎反而好了。 

   工程實踐,老馬識途

  做工程和做研究的體驗還是有很大差別的。剛開始讀研時,總是幻想著能有一個重大的理論突破,或者巨大原創性創新。面對工程項目中的各種設計和報告,總覺得那玩意離學術研究很遙遠。團隊里一位老師傅有一句口頭禪“差不多就行啦!”,讓我始終覺得自己的工作不像是搞科研,也一度對那種工作方式頗有微詞。往后漸漸才明白,像牛頓那樣被蘋果砸出個萬有引力定律的,實在是太稀罕,更多的創新是一種漸進式的過程。換句話說,逐個地解決工程項目中的小問題,最終會取得一項技術的突破。這或許是絕大多數創新的形式,也是科研工作的主流模式。而對于工程實踐來說,由于現實世界的種種制約,追求極致的理想主義,只會讓人在問題面前停滯不前。工程思維,需要在約束面前實現系統的最大性價比,而不是盲目地追求性能極限。這么回頭一看,老師傅的那句“差不多”實在太有講究了。就拿太陽自適應光學系統的開發來說,前期對米粒閉環有難度,那就先研制對黑子閉環的系統;高階系統運算速度跟不上,那就先研制低階系統。就這樣,每次試驗都是一點升級改動,直到最后,不僅在國內率先突破了太陽自適應光學技術,還把系統升級成一套世界上實時性最好的太陽自適應光學系統。而一次次的改動,就是一個個的小的創新。這套系統完成的時候,整個項目發表了30多篇SCI論文。 

  對于工程而言,點滴積累的不光有創新,更有工程經驗,這些往往體現在細節上,而更多的時候細節決定成敗。我很幸運,團隊里還有兩位老前輩,在光學設計和系統裝校方面給我十分具體的指導和幫助。 

  我負責的第一套系統光學設計是在雙層平臺上實現太陽自適應光學系統和多波段成像系統集成設計。這套系統的主要難點在于,需要在十分有限的空間內塞進去大量的光學元件。前面沒啥經驗,花倆月鼓搗出來一版設計,拿去請老同志把關,他一眼就看出了不足。比如,光學系統內部最好不要有發熱元件,否則容易引起內部湍流,影響像質,所以成像相機最好可以集中分布在系統兩端,便于風冷散熱和后續布置導風槽;比如整體布局需要考慮重量分布,不能將重量集中在某一部分,否則容易引起局部變形;比如設計中需要考慮裝調便利性、合適的機械支撐余量等等。這些一說就明白的道理,在剛開始做設計的時候是不那么容易想全面的,都是來自于老同志長期的工程經驗積累。之前看到合作單位的一個系統設計,為了便于安裝和節省空間,竟然把相機水冷管置于相機上方,結果最后水冷液泄露直接把相機給泡了。好在我有老前輩加持,沒有出現類似的悲劇。 

  設計的再好,在加工后總會有一些偏差,這就需要考驗系統裝校的手藝了。剛開始的時候,我作為光學專業的小輩,外場調試時經常在邊上打打下手,遞遞扳手擰擰螺絲,或者幫忙看看靶標啥的。團隊里有位搞了大半輩子裝校的老同志,和我父親同年,當時已是要退休的年紀,但是真的是“站”功卓著。調試的時候一站就是大半天,我在邊上坐著都累。大學實驗課也學過一點裝校,但是解決問題靠背知識點是不夠的。這個打下手的過程,也是我學習的重要時機。幾年外場待下來,我逐漸掌握了各種調整自由度之間的調整關系,手也越來越穩,可以快速實現光軸、光瞳、瞳面、焦面等位置和方向的調整和對齊。經驗增加,上手的機會也越來越多,漸漸的就進入了正循環。不過這也帶來一個不好的結果,我發現每次去外場出差,頭幾天都會關節痛,剛開始各種懷疑誘因到底是啥,連氣壓和濕度變化都考慮了。直到前兩年有一天終于頓悟,原來是調試的時候上躥下跳,從一米多高的轉臺上跳下來的太多了。從那以后調試的時候上下平臺老實爬梯子,膝蓋再也不疼了。 

   項目成果,天道酬勤

  光電所太陽團隊2008年開始組建,發展至今已經成長起來兩位研究員和博導,以及十來位副研究員和碩導。成員的專業配置也很齊全,具有很強的系統攻堅能力。團隊在過去十年里取得了一系列可喜的成果。國內首臺兩米級太陽望遠鏡,成像波段最多的太陽多波段成像系統,下一代大視場太陽多層共軛自適應光學技術等,都是一張張輝煌的答卷。我很幸運,在這么一個充滿活力和戰斗力的團隊里,逐漸由一個科研小白變成專業人士。博士研究課題也孕育出了重大科研項目。 

  在研究夜天文觀測設備的同事們眼中,我們研制太陽觀測設備的應該很舒服,因為不用熬夜觀測。但是實際情況往往是,白天守天觀測,發現問題,晚上查找并解決問題,然后第二天繼續觀測。最“慘絕人寰”的是,團隊老大(也是我博士導師)來外場的時候往往天氣爆好,連續的好天讓我們不得不連軸轉。他雖然擔任領導職位,但是對一線科研一直充滿熱情。平時所內工作繁忙,他就經常在周五晚上飛到外場指導實驗,周日晚上或者周一一大早再回單位。鑒于高原天氣預報50%左右的準確性,開始我們還以為他運氣好,他卻常說天道酬勤。后來漸漸意識到,他已經不簡單看天氣預報了,早已進化到直接看云圖了。只要未來幾天頭頂上沒云,那怎么著天氣也不會太差。 

  天道酬勤,這是老大最常說的一句話。成功的背后自然是辛勤的努力。中間一度好幾年,我除了春節,基本上沒有其他法定假期,都在外場進行觀測實驗。不是因為項目非得趕那么幾天,而是放假期間望遠鏡的觀測時間最好申請,漸漸就變成了我們的專屬實驗時間。天道酬勤,也體現在研究成果中,再回頭去看就會發現,許多好的觀測結果,都是在國假期間或者不久之后獲得的。2017年國慶,我們照例守天做大視場多層共軛自適應光學系統的實驗。原定實驗計劃因為方案效果不理想,加上天氣也不好,在2號就結束了。大家抓緊收拾設備撤回去休假,都在拆設備了,老大一個電話,提出了一種新的設想,讓我們再試試。于是恢復系統繼續守天,最終,我們在105日成功獲得了大視場太陽自適應光學技術首次對天觀測結果,這也標志著我國在這一技術領域里的重大突破。 

  2017年簡直可以說是我的收獲之年,而且環環相扣,真可謂是天道酬勤。農歷大年初一,導師給我打電話。我第一反應是,莫非除夕夜紅包搶的太歡忘記給他拜年了?原來他是提醒我有一篇文章的審稿意見回來了,要求大修,并且規定在10日內返回。沒辦法,老外不過春節啊!一查已經回來兩天了,最晚初八得返回,否則之前全白忙活了。不得已,滿血狀態干了個386(凌晨3點睡,早晨8點起,連干6天),終于在大年初七的早晨提交了。然后老天開啟酬勤模式:雜志當天下午通知文章接收。3月份以這篇文章為核心創新點,團隊申請了自然科學基金重大儀器項目,并在順利過關獲得支持。7月份競評副高職稱,有原始創新和重大項目加持,順利通過。9月更進一步,兒子出生,順利升職(不加薪)當爹。因為前期一系列成果,我也安心地在家休了個完整的陪產假。休假回來,最終在國慶假期迎來最大的收獲。博士課題研究終于開花結果,團隊一起把太陽大氣的高清圖像給整到了央視新聞上去! 

   科研之旅,未來可期

  十年之前,我沒有辦法想象今天的我是什么樣子。當初在碩轉博的當口,我也曾一番糾結。當時的糾結點不在于我想不想從事科研工作,而是我適不適合科研工作。其實那時候的我也不知道自己適合什么。后來想著權且當作一種工作,認真對待吧!不知道自己適合什么,那至少先選一個自己不討厭吧!后來知乎上也看到過什么樣的人適合科研之類的問題。對照著那些高贊回答,我發現似乎沒幾條特性能夠吻合,唯一能夠言說的,也就只剩下比較端正的職業態度,盡力把交代的工作做好,而不是完成了事。回顧這十年,一切都還算滿意。隨著生活閱歷的增加,我也越來越欣賞電影《阿甘正傳》里的一句臺詞: Life was like a box of chocolates. You never know what you are going to get (生活就像一盒巧克力,你永遠不知道你會得到什么) 。相比于十年前,我不再關心我適合什么,也不太擔心我將面臨什么,更不怎么操心我會得到什么,因為我知道自己擁有什么。這十年來逐漸磨練出來的工作態度、思維方法、工程經驗,都讓我可以更加從容地應對未來的挑戰。所以我才可以從容地說,我的科研之旅,未來可期。期待的不是于外在的功成名就,而是內心的安定平和。 

  十年的成長,離不開光電所這個大平臺的支持和研究室、項目團隊的培養。現在,也是因為導師的一句“用人更要培養人”,我來到了西班牙,開展為期一年半的合作研究。十年說起來不長,但是卻是我的職業黃金期。光電所堅實的技術基礎和開放包容科研氛圍,為我的成長提供了肥沃的土壤;導師和前輩們的指導和幫助,讓我快速找到職業方向。相信在接下來的十年、二十年、甚至更長的是時間里,我會看見一批批的年輕人從這里走上科研之路。我也盡己所能,做好一位稱職的領航員。 

  在光電所,你的科研之旅,未來可期。   

  作者信息:張蘭強,八室

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