中國工程院院士、武漢理工大學(xué)戰略科學(xué)家姜德生是我國光纖傳感技術(shù)研究的先驅者。他打破國外技術(shù)封鎖,帶領(lǐng)團隊研制出我國第一個(gè)光纖傳感器,研發(fā)出光纖傳感設備核心器件,編制了光纖傳感領(lǐng)域國家標準,形成了具有我國完全自主知識產(chǎn)權的光纖傳感成套生產(chǎn)技術(shù)與裝備,破除了國外技術(shù)產(chǎn)品壟斷,使我國光纖傳感技術(shù)實(shí)現了從無(wú)到有、從有到優(yōu)的躍升。
姜德生院士團隊開(kāi)發(fā)的光纖傳感產(chǎn)品被院士同行評價(jià)為“帶來(lái)監測領(lǐng)域里的一場(chǎng)革命”。他率隊攻關(guān)研發(fā)的新一代大容量光纖傳感網(wǎng)絡(luò )核心技術(shù),在首次工業(yè)化生產(chǎn)出單纖超過(guò)十萬(wàn)個(gè)光柵傳感器的產(chǎn)品,形成大容量、高密集、高精度的光柵陣列光纖傳感網(wǎng)絡(luò )系統,取得了世界領(lǐng)先的創(chuàng )新成果,我國光纖傳感技術(shù)實(shí)現了從跟跑向并跑、領(lǐng)跑的戰略性轉變。該技術(shù)在C919大飛機、機場(chǎng)智能跑道、智慧地鐵、智能高速公路等多個(gè)國家戰略任務(wù)和重大工程中實(shí)現首次示范應用,守護大國重器安全。
姜德生院士是不懈的追光者,追逐的是光纖傳感技術(shù)突破,在三尺講臺和工程科研最前沿,用科學(xué)家精神滋養著(zhù)青年學(xué)生,帶領(lǐng)他們把論文寫(xiě)在祖國的大地上。他帶領(lǐng)團隊搏擊在光纖傳感技術(shù)的制高點(diǎn),指引他們成為各領(lǐng)域的“智能脊梁”,他也是溫暖的發(fā)光者,照亮的是學(xué)子們的前進(jìn)方向;他尤為重視學(xué)生的交叉學(xué)科思維的培養,把科學(xué)精神和創(chuàng )新種子撒向中小學(xué)生,點(diǎn)亮他們科技強國的夢(mèng)想。
為光纖傳感設備配上“中國芯”
問(wèn):光纖傳感設備配上“中國芯”有什么重大意義?
姜德生:光纖傳感本質(zhì)安全,可靠性高,對大國重器意義重大。美國、日本和歐洲發(fā)達國家,都將光纖傳感列為重點(diǎn)支持的優(yōu)先發(fā)展技術(shù),我國研究被多方掣肘。我國光纖傳感的發(fā)展和其他很多領(lǐng)域一樣經(jīng)歷不同發(fā)展階段,早期主要是引進(jìn)國外的技術(shù)進(jìn)行消化再創(chuàng )新,但是高精尖技術(shù),國外不可能轉讓給我們。隨著(zhù)我們國家的高速發(fā)展,在很多領(lǐng)域,我們國家不再跟著(zhù)國外思路走,而是自主進(jìn)行更高層次的研發(fā)創(chuàng )新。
早期,國內做光纖傳感器基本仿制國外,但部分參數達不到我們國內行業(yè)標準。長(cháng)期以來(lái),光纖傳感很多關(guān)鍵的器件被國外壟斷,光柵波長(cháng)信號解調的一個(gè)核心器件大約2萬(wàn)美元一支,一個(gè)小指頭大小的東西,比黃金還貴!當我國提出以較低的價(jià)格批量買(mǎi)他們的產(chǎn)品時(shí),遭到拒絕。這樣被別人“卡脖子”的憋屈,讓我們下定決心,自己帶隊研發(fā)。經(jīng)過(guò)三年攻堅,我們研制出性能更優(yōu),成本更低的核心光器件。后來(lái),美國公司主管,曾三次親自到中國來(lái),提出按照原價(jià)格的1/3把他們的產(chǎn)品賣(mài)給我們,企圖在中國占領(lǐng)更多的市場(chǎng),我們當時(shí)就婉拒了。
問(wèn):光纖傳感設備配上“中國芯”帶來(lái)了哪些改變?
姜德生:油庫火災事關(guān)重大,我下決心要開(kāi)發(fā)出光柵火災報警裝置,避免重大火災的發(fā)生。經(jīng)過(guò)幾百個(gè)日日夜夜的攻關(guān),我們團隊終于在全國率先研制出了具有自主知識產(chǎn)權的“光纖光柵感溫火災報警技術(shù)與系統”,并投入國家油庫工程使用。
再舉一個(gè)例子,2006年6月,陜西秦嶺終南山隧道火災報警工程進(jìn)行國際招標,一時(shí)成為當時(shí)世界矚目的“擂臺”新聞。國外某知名光纖傳感企業(yè)參與競爭時(shí)提供的方案,不僅需要大量的后期維護,報警時(shí)間也需要好幾分鐘。而我們的火災報警裝置,解決了20公里長(cháng)距離無(wú)中繼的世界難題,報警反應時(shí)間只需不到20秒,而且每公里的建設成本只有國外產(chǎn)品的三分之一。最后,我們團隊以技術(shù)第一中標。
此后,國外同類(lèi)產(chǎn)品逐步退出中國市場(chǎng)。截至目前,光柵火災報警系統裝備了我國兩萬(wàn)公里隧道、90%的油庫火災安全監測,為國家安全和國民生活提供保障。
“萬(wàn)物互聯(lián)”守護大國重器
問(wèn):服務(wù)國家需求,尤其是守護重點(diǎn)領(lǐng)域重大工程安全中你們做了哪些持續研究?
姜德生:只要是對國家有利,能保障人民的生命財產(chǎn)安全,我們都義不容辭地進(jìn)行科研開(kāi)發(fā),我們團隊把自己服務(wù)的范圍擴大到經(jīng)濟建設的方方面面,推動(dòng)多行業(yè)轉型升級。
近年來(lái),針對交通強國戰略對光纖傳感網(wǎng)絡(luò )的新需求,我們積極開(kāi)展新一代大容量光纖傳感網(wǎng)絡(luò )核心技術(shù)攻關(guān),取得了世界領(lǐng)先的創(chuàng )新成果,首次工業(yè)化生產(chǎn)出單纖超過(guò)十萬(wàn)個(gè)光柵傳感器的產(chǎn)品,形成大容量、高密集、高精度的光柵陣列光纖傳感網(wǎng)絡(luò )系統。
這一技術(shù)已在機場(chǎng)智能跑道、智慧地鐵、智能高速公路等多個(gè)重大工程中實(shí)現首次示范應用,為多個(gè)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供關(guān)鍵智能化平臺和核心數據支撐,得到行業(yè)和相關(guān)部門(mén)的高度好評。
問(wèn):如何評價(jià)我國光纖傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平和未來(lái)發(fā)展方向?
姜德生:我們團隊持續積極促進(jìn)光纖傳感技術(shù)的標準化和產(chǎn)業(yè)化,推動(dòng)了光纖傳感領(lǐng)域第一個(gè)國家標準的編制與頒布。團隊開(kāi)發(fā)了七大類(lèi)30余種光纖傳感器,形成了具有我國完全自主知識產(chǎn)權的光纖傳感成套生產(chǎn)技術(shù)與裝備,破除了國外技術(shù)產(chǎn)品壟斷,打破了公路隧道等領(lǐng)域進(jìn)口產(chǎn)品一統天下的局面,極大降低了建設成本。
另外,我們匯聚高校與企業(yè)的綜合優(yōu)勢,孵化了光纖傳感領(lǐng)域首家上市公司——理工光科股份有限公司,促進(jìn)光纖傳感產(chǎn)業(yè)的規?;l(fā)展。
根據光纖光柵傳感技術(shù)發(fā)展的需求和存在的關(guān)鍵問(wèn)題,我們開(kāi)展了大量研究,成功突破了光纖光柵傳感技術(shù)工程應用的兩大瓶頸問(wèn)題。研制出編碼光纖光柵,解決了普通光纖光柵無(wú)法大容量多點(diǎn)分布式檢測的難題;發(fā)明了角調諧波長(cháng)解調方法,實(shí)現了光纖光柵解調技術(shù)的自主創(chuàng )新。而且這些創(chuàng )新的技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權,為我國所獨有,從而使我國光纖光柵傳感技術(shù)在國際上占有重要地位。
在智能化物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的現下,我們建議,加快部署新一代“智能傳感網(wǎng)絡(luò )”中的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)及上下游產(chǎn)業(yè)鏈的建設,打破國外技術(shù)封鎖,形成具有我國自主知識產(chǎn)權的成套生產(chǎn)技術(shù)與裝備,形成以光纖通信、光纖傳感、光器件產(chǎn)業(yè)為主導,物聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能競相發(fā)展的格局。
?不懈追光引導光纖人接續奮斗
問(wèn):如何回望您的“追光”生涯?
姜德生:最早時(shí)候,我利用學(xué)校的材料優(yōu)勢研究激光。臺風(fēng)襲來(lái)時(shí),高樓會(huì )發(fā)生多大的位移?高層建筑國家標準的制定離不開(kāi)這個(gè)重要數據。我發(fā)現利用光纖抗電磁干擾的優(yōu)勢,不僅能預測臺風(fēng)的來(lái)臨,還可能開(kāi)辟一個(gè)全新的領(lǐng)域。我把一間石棉瓦蓋的庫房當成自己的實(shí)驗室,研制出我國第一個(gè)光纖傳感器――光纖風(fēng)壓計。一鳴驚人,因為“光纖傳感器”這個(gè)名詞剛從國外傳入中國不久。
1981年,我研制的光纖風(fēng)壓計在廣州白云賓館測試成功,成為全國首個(gè)光纖風(fēng)壓傳感技術(shù)的成功案例。這個(gè)光纖風(fēng)壓計在臺風(fēng)的強電磁干擾中仍能正常工作,還獲取了寶貴的測試數據,為我國高層建筑風(fēng)荷載設計標準提供依據。
創(chuàng )新永無(wú)止境,學(xué)科交叉是創(chuàng )新的重中之重。就單個(gè)學(xué)科而言,比我們研究實(shí)力、技術(shù)實(shí)力強的單位或個(gè)人有很多,我們只有在涉及光纖傳感技術(shù)的各個(gè)學(xué)科之間做好融合貫通,才能在單個(gè)學(xué)科條件不如人的情況下,在整體、綜合的研究方面形成特色、占據優(yōu)勢、取得成功。沒(méi)有學(xué)科交叉,沒(méi)有平臺,干不出大事。所以,我經(jīng)常跟學(xué)生們講,最重要的就是要學(xué)科交叉。
問(wèn):您如何結合自己的科研經(jīng)歷對年輕科研人員闡釋“將論文寫(xiě)在祖國大地上”的意義?
姜德生:除了堅持第一課堂育人,我經(jīng)常帶著(zhù)學(xué)生深入隧道、橋梁、港口、水電等系列世界級首創(chuàng )工程一線(xiàn),開(kāi)展實(shí)踐教學(xué),引導學(xué)生了解技術(shù)需求、討論技術(shù)方案、攻克技術(shù)難題,幫助他們成長(cháng)為創(chuàng )新復合型人才。
我經(jīng)常用自己科研的親身經(jīng)歷,鼓勵學(xué)生用多學(xué)科交叉的創(chuàng )新思維解決行業(yè)痛點(diǎn)堵點(diǎn)。在解決煤礦安全監測的項目中,我堅持下礦井到工作面實(shí)地指導實(shí)驗。有一次,乘升降罐籠下到200米深礦井,再蹲騎“猴車(chē)”乘纜索下行至巷道,繼續徒步行走將近2公里才到達工作面,行走途中不時(shí)能聽(tīng)到煤巖斷裂的聲音,還能看得見(jiàn)瓦斯氣體涌起的水泡。我堅持奮斗在科研一線(xiàn)。但是在成果和榮譽(yù)面前退居幕后,讓年輕一代的學(xué)者做首席專(zhuān)家、項目負責人。很多項目找上門(mén)尋求合作,我都推薦給了團隊的年輕老師,幫助年輕學(xué)者成長(cháng)為在工程領(lǐng)域獨當一面、帶領(lǐng)團隊的專(zhuān)家型人才。
另外,我也要多將科學(xué)精神、科學(xué)思想、科學(xué)知識和科學(xué)方法傳遞給青少年,鼓勵孩子們講科學(xué)、愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué),點(diǎn)亮孩子們的科技強國夢(mèng)想。我倡議武漢理工大學(xué)附屬小學(xué)成立“少年科學(xué)院”課外實(shí)踐活動(dòng)基地,我也擔任了科技校外輔導員,與孩子們開(kāi)展“大手拉小手”交流活動(dòng),近距離感受科技創(chuàng )新的魅力,幫助孩子們在心中種下熱愛(ài)科學(xué)、為國爭光的種子。
后記:姜德生院士曾寫(xiě)下一首七言詩(shī)歌:“歷百年崢嶸滄桑,譜華夏雄渾樂(lè )章。鑄國強民富永盛,成中華復興夢(mèng)想?!奔埗糖殚L(cháng),這首詩(shī)里,飽含了他道不盡的家國情懷。
訪(fǎng)談中,這位75歲的老人眼神透徹、聲音洪亮、邏輯清晰、語(yǔ)速飛快,飽含著(zhù)對光纖傳感事業(yè)的熱愛(ài)。姜德生院士用光纖傳感測量世界,用萬(wàn)物互聯(lián)守護大國重器,用愛(ài)心智慧培育學(xué)子。他用遠見(jiàn)卓識、辛勤耕耘、低調謙和詮釋為師之道,引導無(wú)數學(xué)子接續奮斗。