我的光电所十年——致敬我科研旅程中的领航员们

  我是光电所2008级的研究生,2010年光电所40年所庆的时候,刚回所不久,没有太多的印象,只记得当时办了张所庆主题信用卡,后来还因为额度一直很低,被我注销了。转眼又是十年,来到50年所庆,这十年里,我见证了光电所的发展,光电所也见证了我的成长。有恩师也有良友,有欢乐也有收获,当然更有汗水甚至血泪。太多美好的回忆,俯拾即是,不甚枚举。科研有如航海探险,今天回忆一下十年里我科研之旅的领航员们,以及和他们一起乘风破浪的点滴往事。

   博士课题,龟速赛跑

  有人说,读博等于赌博。后来证明,我的赌技不怎么样,但是运气不错。在2009年上完研究生学位课回所时,导师给我一个非常新的课题,从那时开始一个方向一直做到现在。还记得当时导师安排课题的时候跟我说的话,“这个课题目前国内研究很少,一起学习吧!”然后给了我几十篇他前期收集的文献,我的研究生涯就这么起航了。其实当时除了这个光学的课题,还有一个电学方向的课题。只是大二学完《信号与系统》就对电学敬而远之的我,并没有从就业等方面考虑太多。内心还是有一股年轻人的冲劲,想挑战一下新东西。不过这个过程也一度让我非常失落。新课题意味着参考资料少,起点高。直到回所一年半之后,有一次大师姐转述导师对我的评价:“还不错,入门了”。别人硕士都要毕业了,我才勉强入门,可以想象当时内心的阴影面积。自己也一度怀疑读博的选择,毕竟这是在赌未来,不是吗? 

  现在回头来看,课题进展缓慢还有个很大的原因,那就是在本科阶段没有很好地完成从中学生的那种“要我学”到大学生的“我要学”的转变。大学以前唯一的目标就是考大学、考好大学。一旦进了大学,当时的人生目标也就全实现了,因为之前从没想过进入大学之后还要干什么,脑子里只剩下来自《萌芽》杂志的那些美好憧憬了。再加上没有了中学的那种被老师的督促压力,整个人彻底迷茫了。除了按照以前好学生的思维惯性,维持着基本课程的学习,几乎没有去主动寻找学习和锻炼的机会。这就导致我刚回所开始课题研究的时候完全无从下手。对着文献眼睛一睁一闭,一天就没了。另一方面,回所不久,我就开始跟着太阳高分辨力成像研究团队(以下简称“太阳团队”)开展项目工作,经常飞往外场基地进行观测,并且在2012年初提前留所工作。对于当时还不善于时间管理的我来说,项目工作给我缓慢的课题进展和平日里的懒散找到了一个十分有说服力的借口。所以读博第五年才有了第一篇SCI,最后不得不延期一年毕业。 

  读博那几年,缓慢的研究进展逐渐磨练着我的性格。所以,除了工作进度慢一点,我的工作态度还是好的,把每一个工作任务都当作一个学习的经历,尽最大努力把任务做好,而不仅限于做完,顺便积累着阅历财富。虽然有压力,但是内心倒不是特别焦虑。当然,这种心态的养成还有个很重要的原因,那就是读研期间良师益友的帮助鼓励以及研究团队里老师前辈们的言传身教。 

  在整个研究过程中,导师会在大方向上不时给我把关,让我少走弯路,并且尽量给我创造交流的条件。期间,在得知我研究课题的理论提出者(一位德高望重的美国老科学家)在国内访问后,导师专门邀请他来所里访问几天,给我创造绝佳的求教机会。只可惜当时英文太差,加上入门尚浅,致使导师的一番苦心收效甚微。2016年一次国际会议上那位老科学家看到我们的系统实验结果,主动过来跟我要联系方式,俨然完全不记得我的节奏。以前老说 “学好数理化,走遍天下都不怕” ,这么看来似乎还不够,最多只能在国内横着走,要想横到国外,英文真的很重要! 

  课题研究中一些我难以解决的理论问题,导师也会在百忙之中陪我一起查工具书,推导公式。现在脑子里还有一副在他办公室里,一起俯身站在办公桌前翻书的影像,可惜当时也没有拿手机来一张自拍(想到了,不敢),不然一定非常有纪念意义。他对待问题的钻研精神,让我印象深刻,很多时候我提出的问题如果没有当下解决,那随后几天经常会在非上班时间接到他的电话,往往开场白是这样子的“张兰强,我出差在机场等登机,忽然想到你昨天说的那个问题,或许还可以这么理解……”,“张兰强,我现在上班的路上,再梳理了一下你的那个解释,觉得……”。这种时刻思考的习惯,让我至今只能望其项背。还好我读书期间早上基本不睡懒觉,不然估计经常会被他的电话打醒。 

  另一方面,导师对待学术的谦逊很多时候对我也是一种莫大的鼓励。和他讨论完问题,他往往都会谦虚的说他也学到了不少,对问题理解深入了不少。每一次的交流和指导,都让我的感激之情和知识水平同步提高,也让我对教书育人有了更加直观的了解。现在自己也开始带学生,他当年的教导都还历历在目,希望能够不要误人子弟。 

   外场试验,靠天吃饭

  前面说过,我回所不久就开始参与太阳团队的项目工作,那时候刚开始做太阳自适应光学系统,需要经常到外场进行对天观测实验,俗称“守天”。从这时候开始,我就一直跟着一位团队前辈。经常在外场一待半个月,甚至一个月。我是光学专业,前辈是电学出身,守天的时候教会了我很多电学方面的知识,让我对自适应光学系统的电控架构也渐渐有了全面的认识。这些宝贵的经验在后来从整体角度把控系统上发挥很大的作用。 

  搞天文的是要靠“天”吃饭的,对天观测难免需要一系列的观测条件。这些因素有很多,一些理由听起来甚至有点好笑。比如说,前期的系统没办法锁定低对比度的太阳米粒,只能拿黑子作为信标,所以首先太阳表面得有活动区。其次望远镜要能够正常工作,当时望远镜刚开光不久,经常需要暂停观测进行维护和测试。再者还得有太阳,高原天气预报准确率还有很大的提升空间,而且天气多变,眼瞅着大晴天不到半小时乌云满天,有时候等半天终于出太阳了,跑进去把所有东西准备好,发现太阳又没了。当然还得有电,刚开始望远镜设备科研专属供电还没有接通,使用的是当地的乡村电网,经常供电所打个电话过来要断电检修,我们只能提前关机等待。还有就是风不能太大,望远镜稳像系统能力有限,风速过大望远镜晃动太厉害,也没法工作。 

  守天的时候需要时不时地看着是否具备观测条件,时间就会极度碎片化。那就看看书吧!这也是跟着前辈学来的习惯。飞机上不能使用电子产品,却很适合培养阅读习惯。前辈出差永远带着一本书,还经常给我推荐,讲阅读心得,渐渐地勾起了我的阅读兴趣。现在还能脑补在望远镜的仪器暗室里借着屏幕光看书的画面。当时的工作台就是一个课桌,工控机显示器等操控设备都摆在上面,冬天时候工控机的散热风扇呼呼地吹着冷风,把手冻的僵僵的。或许这些关于读书的记忆不是源于读书,而是源于寒冷。 

  说到寒冷,不由得想起一段有趣的回忆。观测站是没有空调的,这不光是因为云南的气候好,更是由于光学观测需要控制站点局部湍流。大家去云南,一般都不会带太厚的冬装,加上没有空调,只有靠自发热。不观测的时候大家都在会议室里各自办公,手脚被冻得生疼。于是观测站一位司机师傅发明了一种狗爬式运动,卖相不雅,但是高效实用,可以快速让手脚都暖和起来,他还好心地为大家找来劳工手套。于是,一副非常滑稽的画面一遍遍的出现在观测站的会议室里:只见不一会儿,大家各自找一双手套,绕着会议室的大会议桌,一个接着一个地四肢着地,一圈一圈地爬。 

  前期的外场实验条件比较艰苦。望远镜在设计时并未考虑自适应光学系统,加上望远镜观测时因为需要消旋,所以后端仪器全部得放在一个旋转的平台上,我们的操控也只能放在漆黑的仪器暗室里,并且观测一会还得把操控台沿着旋转台挪挪位置。那个暗室的环境设计也没有考虑人在里面长期的工作,涂在墙壁以及铺在地板上的黑色吸光材料都只是工业级,加上望远镜也刚建成不久,密不透风的暗室里面味道很大。在那里面工作过的团队成员基本上都有鼻炎。我运气比较好,之前一直有鼻炎,而且很严重,寒假回老家都得先去所医院开好几瓶霍胆丸备着的那种。结果在里面闷久了,估计是以毒攻毒,后来鼻炎反而好了。 

   工程实践,老马识途

  做工程和做研究的体验还是有很大差别的。刚开始读研时,总是幻想着能有一个重大的理论突破,或者巨大原创性创新。面对工程项目中的各种设计和报告,总觉得那玩意离学术研究很遥远。团队里一位老师傅有一句口头禅“差不多就行啦!”,让我始终觉得自己的工作不像是搞科研,也一度对那种工作方式颇有微词。往后渐渐才明白,像牛顿那样被苹果砸出个万有引力定律的,实在是太稀罕,更多的创新是一种渐进式的过程。换句话说,逐个地解决工程项目中的小问题,最终会取得一项技术的突破。这或许是绝大多数创新的形式,也是科研工作的主流模式。而对于工程实践来说,由于现实世界的种种制约,追求极致的理想主义,只会让人在问题面前停滞不前。工程思维,需要在约束面前实现系统的最大性价比,而不是盲目地追求性能极限。这么回头一看,老师傅的那句“差不多”实在太有讲究了。就拿太阳自适应光学系统的开发来说,前期对米粒闭环有难度,那就先研制对黑子闭环的系统;高阶系统运算速度跟不上,那就先研制低阶系统。就这样,每次试验都是一点升级改动,直到最后,不仅在国内率先突破了太阳自适应光学技术,还把系统升级成一套世界上实时性最好的太阳自适应光学系统。而一次次的改动,就是一个个的小的创新。这套系统完成的时候,整个项目发表了30多篇SCI论文。 

  对于工程而言,点滴积累的不光有创新,更有工程经验,这些往往体现在细节上,而更多的时候细节决定成败。我很幸运,团队里还有两位老前辈,在光学设计和系统装校方面给我十分具体的指导和帮助。 

  我负责的第一套系统光学设计是在双层平台上实现太阳自适应光学系统和多波段成像系统集成设计。这套系统的主要难点在于,需要在十分有限的空间内塞进去大量的光学元件。前面没啥经验,花俩月鼓捣出来一版设计,拿去请老同志把关,他一眼就看出了不足。比如,光学系统内部最好不要有发热元件,否则容易引起内部湍流,影响像质,所以成像相机最好可以集中分布在系统两端,便于风冷散热和后续布置导风槽;比如整体布局需要考虑重量分布,不能将重量集中在某一部分,否则容易引起局部变形;比如设计中需要考虑装调便利性、合适的机械支撑余量等等。这些一说就明白的道理,在刚开始做设计的时候是不那么容易想全面的,都是来自于老同志长期的工程经验积累。之前看到合作单位的一个系统设计,为了便于安装和节省空间,竟然把相机水冷管置于相机上方,结果最后水冷液泄露直接把相机给泡了。好在我有老前辈加持,没有出现类似的悲剧。 

  设计的再好,在加工后总会有一些偏差,这就需要考验系统装校的手艺了。刚开始的时候,我作为光学专业的小辈,外场调试时经常在边上打打下手,递递扳手拧拧螺丝,或者帮忙看看靶标啥的。团队里有位搞了大半辈子装校的老同志,和我父亲同年,当时已是要退休的年纪,但是真的是“站”功卓著。调试的时候一站就是大半天,我在边上坐着都累。大学实验课也学过一点装校,但是解决问题靠背知识点是不够的。这个打下手的过程,也是我学习的重要时机。几年外场待下来,我逐渐掌握了各种调整自由度之间的调整关系,手也越来越稳,可以快速实现光轴、光瞳、瞳面、焦面等位置和方向的调整和对齐。经验增加,上手的机会也越来越多,渐渐的就进入了正循环。不过这也带来一个不好的结果,我发现每次去外场出差,头几天都会关节痛,刚开始各种怀疑诱因到底是啥,连气压和湿度变化都考虑了。直到前两年有一天终于顿悟,原来是调试的时候上蹿下跳,从一米多高的转台上跳下来的太多了。从那以后调试的时候上下平台老实爬梯子,膝盖再也不疼了。 

   项目成果,天道酬勤

  光电所太阳团队2008年开始组建,发展至今已经成长起来两位研究员和博导,以及十来位副研究员和硕导。成员的专业配置也很齐全,具有很强的系统攻坚能力。团队在过去十年里取得了一系列可喜的成果。国内首台两米级太阳望远镜,成像波段最多的太阳多波段成像系统,下一代大视场太阳多层共轭自适应光学技术等,都是一张张辉煌的答卷。我很幸运,在这么一个充满活力和战斗力的团队里,逐渐由一个科研小白变成专业人士。博士研究课题也孕育出了重大科研项目。 

  在研究夜天文观测设备的同事们眼中,我们研制太阳观测设备的应该很舒服,因为不用熬夜观测。但是实际情况往往是,白天守天观测,发现问题,晚上查找并解决问题,然后第二天继续观测。最“惨绝人寰”的是,团队老大(也是我博士导师)来外场的时候往往天气爆好,连续的好天让我们不得不连轴转。他虽然担任领导职位,但是对一线科研一直充满热情。平时所内工作繁忙,他就经常在周五晚上飞到外场指导实验,周日晚上或者周一一大早再回单位。鉴于高原天气预报50%左右的准确性,开始我们还以为他运气好,他却常说天道酬勤。后来渐渐意识到,他已经不简单看天气预报了,早已进化到直接看云图了。只要未来几天头顶上没云,那怎么着天气也不会太差。 

  天道酬勤,这是老大最常说的一句话。成功的背后自然是辛勤的努力。中间一度好几年,我除了春节,基本上没有其他法定假期,都在外场进行观测实验。不是因为项目非得赶那么几天,而是放假期间望远镜的观测时间最好申请,渐渐就变成了我们的专属实验时间。天道酬勤,也体现在研究成果中,再回头去看就会发现,许多好的观测结果,都是在国假期间或者不久之后获得的。2017年国庆,我们照例守天做大视场多层共轭自适应光学系统的实验。原定实验计划因为方案效果不理想,加上天气也不好,在2号就结束了。大家抓紧收拾设备撤回去休假,都在拆设备了,老大一个电话,提出了一种新的设想,让我们再试试。于是恢复系统继续守天,最终,我们在105日成功获得了大视场太阳自适应光学技术首次对天观测结果,这也标志着我国在这一技术领域里的重大突破。 

  2017年简直可以说是我的收获之年,而且环环相扣,真可谓是天道酬勤。农历大年初一,导师给我打电话。我第一反应是,莫非除夕夜红包抢的太欢忘记给他拜年了?原来他是提醒我有一篇文章的审稿意见回来了,要求大修,并且规定在10日内返回。没办法,老外不过春节啊!一查已经回来两天了,最晚初八得返回,否则之前全白忙活了。不得已,满血状态干了个386(凌晨3点睡,早晨8点起,连干6天),终于在大年初七的早晨提交了。然后老天开启酬勤模式:杂志当天下午通知文章接收。3月份以这篇文章为核心创新点,团队申请了自然科学基金重大仪器项目,并在顺利过关获得支持。7月份竞评副高职称,有原始创新和重大项目加持,顺利通过。9月更进一步,儿子出生,顺利升职(不加薪)当爹。因为前期一系列成果,我也安心地在家休了个完整的陪产假。休假回来,最终在国庆假期迎来最大的收获。博士课题研究终于开花结果,团队一起把太阳大气的高清图像给整到了央视新闻上去! 

   科研之旅,未来可期

  十年之前,我没有办法想象今天的我是什么样子。当初在硕转博的当口,我也曾一番纠结。当时的纠结点不在于我想不想从事科研工作,而是我适不适合科研工作。其实那时候的我也不知道自己适合什么。后来想着权且当作一种工作,认真对待吧!不知道自己适合什么,那至少先选一个自己不讨厌吧!后来知乎上也看到过什么样的人适合科研之类的问题。对照着那些高赞回答,我发现似乎没几条特性能够吻合,唯一能够言说的,也就只剩下比较端正的职业态度,尽力把交代的工作做好,而不是完成了事。回顾这十年,一切都还算满意。随着生活阅历的增加,我也越来越欣赏电影《阿甘正传》里的一句台词: 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,你永远不知道你会得到什么) 。相比于十年前,我不再关心我适合什么,也不太担心我将面临什么,更不怎么操心我会得到什么,因为我知道自己拥有什么。这十年来逐渐磨练出来的工作态度、思维方法、工程经验,都让我可以更加从容地应对未来的挑战。所以我才可以从容地说,我的科研之旅,未来可期。期待的不是于外在的功成名就,而是内心的安定平和。 

  十年的成长,离不开光电所这个大平台的支持和研究室、项目团队的培养。现在,也是因为导师的一句“用人更要培养人”,我来到了西班牙,开展为期一年半的合作研究。十年说起来不长,但是却是我的职业黄金期。光电所坚实的技术基础和开放包容科研氛围,为我的成长提供了肥沃的土壤;导师和前辈们的指导和帮助,让我快速找到职业方向。相信在接下来的十年、二十年、甚至更长的是时间里,我会看见一批批的年轻人从这里走上科研之路。我也尽己所能,做好一位称职的领航员。 

  在光电所,你的科研之旅,未来可期。   

  作者信息:张兰强,八室