匡定波：“中华慧眼”从地到天

上世纪八十年代，匡定波在中科院上海技术物理研究所所长办公室。

“冷空气将于明天凌晨到达长江以南”“台风已减弱为热带气旋”“受副热带高压影响，高温仍将持续”……每天，来自中央气象台的天气预报通过电视、广播、网站、手机App传递到千家万户。

1988年9月7日，我国第一颗气象卫星——风云一号升空，结束了我国靠接收过境的外国气象卫星实时信息的年代。如今，我国的风云气象卫星技术已经走在世界前沿，风云四号在世界上首次实现了静止轨道高光谱大气垂直观测，带领我国高轨气象卫星抢占国际竞争制高点。

红外探测设备，一直是卫星上的重要载荷，更是几乎每代风云卫星不可或缺的“慧眼”。在中国科学院上海技术物理所光电楼的办公室里，中国红外应用技术的开拓者之一、89岁的中国科学院院士匡定波正准备把不久前由中国气象局寄来的一幅“风云二号H星所获得的第一套图像”的照片挂起来。类似图片在他办公室里已有三幅，分别来自风云二号D星、E星、G星。

“风云卫星1988年上天，在这之前，中国的红外技术走过了一条漫长的摸索之路。”他说，亲身经历了我国红外探测从无到有、从地面到天上的发展过程，能够为祖国的航天事业添砖加瓦，是自己一辈子的荣幸。

【人物档案】

匡定波，1930年9月1日出生于江苏无锡。1952年毕业于上海交通大学物理系，1962年起一直在中科院上海技物所工作，1991年当选为中国科学院学部委员(院士)，历任上海市第八、第九、第十届人民代表大会代表。

他是我国红外应用与遥感技术的奠基者和开拓者之一,也是我国气象卫星最早的倡导者及实践者，成功研制航空侦察红外扫描相机、卫星姿态测量红外地平仪、导弹弹道测量红外捕获跟踪系统等技术设备。他带领科研团队建立了中国卫星红外遥感较完整的技术基础,设计了多种卫星红外遥感仪器,为红外应用及遥感技术领域的创新和发展做出了卓越贡献。获得国家科技进步特等奖、一等奖各1项以及其他省部科技成果奖多项。1996年获何梁何利科技进步奖。

那一夜的爆炸，成为永远的教训

上世纪六十年代，匡定波（右）在实验室研制红外地平仪。

走过战火纷飞的青葱岁月，匡定波1952年从上海交通大学物理系毕业后，分配到华东师范大学从事教学工作。

令他记忆深刻的是，三年困难时期，国家提出的口号是“保钢保粮”，而上海则增加了一条“保尖端”。当时，中国科学院与上海市的工业部门、高校合作，成立了一批研究所，其中就有上海电子学研究所、上海技术物理研究所等。上海电子学研究所共设立了六个研究室，其中第五研究室研究红外技术——这是连电子学学科的“老大哥”北京电子学研究所也没有的研究方向。

1958年，匡定波从华东师大物理系调入该所，开始从事红外研究。当时，匡定波毫无经验。课题从哪里来？当然要从生产实际中来。年轻科研人员带着研究所的介绍信，一家家单位去跑。最后，摸到了一个来自铁道研究所的课题：我国当时检查货运火车的轴瓦，停站时都靠工人用手去摸——如果发烫，说明轴瓦需要加润滑油，不然一旦车轴磨损断裂，就会酿成翻车的重大安全事故。而法国已经采用红外探测的方式在火车行进中检查，我国能否研制出类似的设备？这个课题开启了红外技术研究，但真正解决则是到了六七年之后。

“这个课题刚开始不久，我们就遇到了更重要的事。”匡定波说，1960年1月，他们接到一项来自空军的紧急任务，为保障首都安全，必须研制出一种微波雷达以外的夜间探测飞机的技术，以防止对雷达具有强大干扰能力的敌机偷袭。

那就是红外被动探测技术。匡定波说，当年真是不知天高地厚，接下任务后，等着手研究才发现，原来有太多问题需要解决。于是，他们派人去不同的研究所学习材料、器件的研制技术，以及红外光学、机械、电子学的研究。最终，他们研制出了可以与我国已在使用的雷达显示器兼容的红外探测设备，一些设备还装备了空军夜航机。

1961年底，上海电子所撤销，红外技术研究室连人带任务于1962年1月调至中科院上海技术物理研究所。1963年底，在中科院半导体所红外研究室主任汤定元的积极推动下，中科院数理学部召开会议，建议将中科院下属单位中与红外相关的研究力量进行整合集中。1964年，中科院接受学部建议，决定将半导体所红外研究室调到中科院上海技术物理研究所。同年，上海技物所的科研方向全面转向红外技术与物理，比如高压透光材料、制冷等，全都向红外靠拢，为发展红外探测系统而“捏紧拳头”——这为红外探测技术走向更多实际应用奠定了基础。

1965年初，我空军又击落一架敌机，并在残骸中发现了一台高空红外相机。经全国专家对相机残骸进行分析之后，发现其中最核心的器件是工作温度为38K（开氏温标，相当于-235℃）锗掺汞红外探测器。于是，当时去参加分析的匡定波等技物所科研人员就奉命将这条只有1毫米厚、连底座只有拇指大小的探测器带回上海技物所，进一步测试分析。

在未知中摸索，付出的代价往往异常巨大。这种探测器必须在-245℃工作，但一般实验室液氮制冷达不到如此低温。实验室在一位副主任的带领下，采用液氢制冷。由于缺乏经验，液氢挥发到实验室里，同时冻住了杜瓦瓶口。当实验人员用酒精灯烘烤瓶口时，立刻引发了一场爆炸。实验室房间的整堵墙飞了出去，楼上实验室也坍塌了下来。“这次事故造成了两人死亡、多人受伤的严重后果。”匡定波说，事故发生的4月9日从此成为技物所的安全教育日。

没想到，这个小小的探测器居然并未在爆炸损毁。研究人员在废墟中再次找到它，把研究继续下去。当时，上级决定将整个机载红外相机残骸交给上海技物所分析，并进行恢复。花了整整一年，他们终于研制成功，不仅使红外相机搭载上飞机进行了高空试飞，还设计了新的红外相机，采用了自制的锗掺汞红外探测器和38K致冷机，后续又设计定型了低空红外相机产品，由上海照相机三厂进行生产。

从飞机遥感到“东方红”上天

匡定波先生接受本报记者专访。本报记者袁婧摄

从地面探测到搭载飞机上天，我国的红外探测技术很快迎来了更高远的目标——到太空去。

1964年年底，中国著名大气科学家、地球物理学家和空间物理学家赵九章呈书周恩来总理，建议我国研制发射人造卫星，并列入国家计划。随后，中国科学院开始筹建卫星研究院。

1965年7月，在周恩来总理主持的中央专委会议上原则批准了中国科学院《关于发展中国人造卫星工作规划方案建议》，确定将人造卫星研制列为国家尖端技术发展的一项重大任务。

1965年9月，在中国运载火箭技术取得一定进展的情况下，中国科学院开始组建了由赵九章任院长、代号叫“651”的卫星设计院（公开名称为“科学仪器设计院”），并把中国第一颗卫星命名为东方红一号。从此，中国人造地球卫星研制工作正式开始。

1965年底，中科院召开会议，制订人造卫星发展规划。上海技物所承担的第一项任务就是卫星姿态测量用的红外地平仪。

红外地平仪是以地球作为参考，测量卫星的姿态。“太空中非常冷，而被大气包裹的地球会相对温暖一些，那么它在空间所释放的红外波会和空间背景有所不同。”匡定波说，这就要求探头有更高的灵敏度，不然就无法检测出地球的信号。为此，技物所研制了一个红外探头装在东方红一号上。

等到东方红一号发射升空后，红外探头居然真的扫出了预想中的信号！这让匡定波和同事们喜出望外。自此，这种用于三轴稳定卫星姿控系统的圆锥扫描红外地平仪探头技术就一直沿用了下来，研发团队后续又研发出多种型号的地平仪探头。

“我们研制出红外地平仪的探头后，合作单位希望能够自己做。”匡定波说，他们又毫无保留地将技术传授给了这些兄弟单位，“当时没有知识产权的概念，感觉大家都是为国家做事。”

红外地平仪探头所带来的另一个惊喜是，1958年曾经想研制的火车轴瓦温度的实时红外探测技术，也同时有了结果。其实，科研人员在1958年遇到的主要问题是，当时掌握技术的探测器所用的材料是硫化铅，而这种材料所响应的红外波长偏短，铁路与火车轮子摩擦异常所产生的温度达不到那么高。当红外地平仪发展起热敏电阻红外探测器后，铁道的实时红外探测技术实现起来就变得容易了。直到现在，技物所生产的这种探测器一直供应铁道部在四川广汉的铁路工厂。

在这一技术的基础上,技物所还发展起了扫描辐射计。扫描辐射计是气象卫星上的重要载荷,作为一个最重要的基本的探测器,用它的资料可生成各种云图、云参数、海面温度、植被指数、积雪、海冰、气溶胶、地面反照率等一系列产品,还可进行多种自然灾害和生态环境监测。

万事开头难，但要将事业越做越顺、越做越大，则需要不断发展和完善起一个个坚实的技术系统平台。匡定波说，机会的出现有偶然性，但抓住机会的能力却需要长期而系统的培养与积累。就拿研制一个红外探测系统来说，从材料、致冷器，到元件、系统配套，都需要相关技术的配套协同。“只有各方面能力都增强了，我们才能在国家需要时，及时响应，应对挑战。”

风云卫星“突变”中带来的机遇

上世纪八十年代，匡定波（左）在太原卫星发射中心。

如果说，匡定波的一生轨迹，与中国的航天事业发展交织在一起，那么风云系列气象卫星载荷的研制，无疑是其中的一座高峰。

1970年，周恩来总理指出“要搞我国自己的气象卫星”，并亲自布置了相关任务。从此，我国开始了第一代极轨气象卫星风云一号的研制和发展工作。

经过七年的预研，风云一号卫星的很多参数都已经确定。1977年11月，就在上海延安饭店召开立项会议时，中国气象局接到世界气象组织的通告：美国准备从1978年起，新发射的气象卫星信号全部从模拟制式改成数字制式，具有五个通道，同时将分辨率从一个点8千米提高到1千米。

数据精度一下子提高了64倍！这意味着，如果我国气象卫星按照原来的设计上天，无论从数据制式还是数据精度而言，都不会再有国家使用它所获得的数据，甚至连中国自己都不会用这数据——作为一颗气象卫星，它还有什么存在的意义？

面对“风云突变”，中国该怎样应对？由于扫描辐射计是气象卫星的关键设备，因此负责研制扫描辐射计的上海技物所的意见，就变得十分关键。负责扫描辐射计系统研制的匡定波和同事商量后当场提出：我们要修改技术指标！

大势所趋，顺势而为。但这背后隐藏着多少需要逾越的技术高峰？其中最关键的技术难题有两个，一是碲镉汞探测器本身性能的提升；二是提供碲镉汞探测器工作温度的辐射致冷器温度要从77K提升到100K以上。

匡定波回到技物所后，与相关研究室的同事商议时，几乎没有人敢满口应承，却都愿意自我加压。这是关键时刻，在选用技术骨干进行攻关时，所里首先考虑能“啃硬骨头”的。于是，所里决定由已在研制碲镉汞探测器的方家熊承担碲镉汞探测器提升精度的任务。匡定波说，方家熊能坚持自己的想法，做事也更讲究策略与方法。辐射制冷的研制由四室王维扬承担。一年之后，这两个从来没做过的任务，最终都超出预期地完成了。

“我们原先要求做两个通道，后来增加到了三个通道。”匡定波说，但没想到的是，因为各种原因，风云一号直到1988年才正式发射升空。在漫长的十年多时间里，他们不断提升扫描辐射计的技术水平，载荷的通道除了原定的三个红外光，技物所研究员龚惠兴建议增加两个可见光通道。

这两个多出来的通道怎么办？通过空间学会遥感专业委员会向科协建议，向当时的国防科委和海洋局提出商议，使他们接受了“利用可见光通道观测海洋水色”的建议，由此开启了我国海洋卫星监测的新时代。从此，技物所的红外学科就与航天结下了深厚的缘分，上海技物所也因此培养出了一批又一批年轻有为的优秀人才。

坐在充满阳光的办公室里，匡定波戴着助听器，戏言自己“眼瞎耳聋”，然而以他为代表的老一辈科学家所开拓的红外航天事业，如今却已开枝散叶，得到了世界气象界的认可与重视。

从风云一号到如今的风云四号，我国的红外遥感卫星载荷逐步走到了世界前沿。作为新一代地球静止轨道气象卫星，风云四号完成了代际跨越，使我国气象卫星的技术水准与欧美国家站上了同一台阶。尤其是由技物所研制的干涉式垂直大气探测仪，可以在垂直方向上给大气“做CT”，这是欧美国家第三代气象卫星所不具备的功能，为世界气象界提供了独一无二的“中国数据”。

回首几十年的科研生涯，匡定波如数家珍地谈论着每个令他刻骨铭心的时刻，虽然娓娓道来时，语气已平静如水。当记者请他为共和国七十华诞写下一句寄语时，他找出质量最好的信纸，提起墨水笔，写下“为航天事业添砖加瓦”。写毕，他又找出私人印章，端端正正地落款在寄语下的签名旁。

“上海技物所有九位院士，其中六位与航天相关。”匡定波说，要发展起一个领域，必须有很多人、几代人坚持不懈地奋斗前行，而年轻一代则将肩负起新时代的使命，谱写新篇章。

记者手记

从跟跑到领跑的“超越之路”

匡定波先生寄语：为航天事业添砖加瓦。（除署名外，均受访者供图）

“两弹一星”在新中国历史上具有极其重要的意义。作为中国红外技术的开拓者，匡定波先生的一生与“东方红一号”卫星、与中国的航天事业紧密交织，从一个侧面见证了新中国在坎坷中走向强大的艰难征途。

经过长期积累与发展，上海技物所在红外光电科技领域已建立了覆盖“基础前沿—核心组部件—系统集成”全创新价值链体系。近20年来，随着国家航空航天事业的发展，上海技物所出色完成了  “风云”  “墨子”“海洋”等系列应用卫星光电遥感主载荷任务，“神舟”“嫦娥”“天宫”等重大航天工程光学遥感仪器和空间科学实验设备研制任务，“创新”“二代”“天鲲”等多种系列航天型号姿态敏感器研制任务。2017年，“风云四号气象卫星”“墨子号量子科学实验卫星”“通讯技术试验卫星二号”在轨圆满交付，上海技物所研制的光学遥感载荷发挥了重要作用，体现了对标国际“领跑”水平的重大突破，代表了我国红外遥感技术在航天三大应用领域杰出成果。

万丈高楼平地起，盘龙卧虎高山齐。正是因为有了当年老一辈科研人员高瞻远瞩、不畏艰险的勇气和毅力，在艰难困苦中不气馁、不放弃，从零开始，从无到有，才有了一代代不断接力前行的坚实足迹，才有了今天我们能够在一些领域走到世界前沿的实力。

对于科技创新而言，每一代都有自己的机遇和挑战，责任与担当。今天的我们，更要牢记老一辈科学家哪怕在落后于人的情况下，也执着而踏实地前行，开拓出一条属于中国的创新之路，从而找到从跟跑，到并跑、领跑的“超越之路”。

这条路，就在我们的脚下延伸。

作者：本报首席记者 许琦敏
编辑：周俊超
责任编辑：叶志明

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