俯瞰全球中高層大氣的“眼睛”
主講嘉賓：武漢大學(xué)校長(zhǎng) 中國(guó)科學(xué)院院士 竇賢康
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從激光雷達(dá)到量子激光雷達(dá)的跨越
【導(dǎo)視】
探測(cè)中高層大氣面臨一個(gè)非常難的課題，它難在哪呢？衛(wèi)星下不來(lái)。
從普通雷達(dá)到激光雷達(dá)
發(fā)展出來(lái)一套系統(tǒng)，叫量子激光雷達(dá)。
從激光雷達(dá)到量子激光雷達(dá)
把激光雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行全球風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量。
我們每10納秒就進(jìn)行了一次完美的探測(cè)。
竇賢康：同學(xué)們，大家好！歡迎大家來(lái)到《大學(xué)》。
這兩束光可能大家看到過(guò)一束，因?yàn)榇蠹叶际俏浯蟮膶W(xué)生?？吹阶笙陆堑哪且皇す?，綠色激光就從珞珈山的后山射向太空。
右下角的那一束激光是在中國(guó)科大實(shí)驗(yàn)室的邊上，同樣地也射向太空。
這兩束光是干什么的呢？這兩束光是用來(lái)探測(cè)中高層大氣的。擺在光學(xué)平臺(tái)上的設(shè)備就是激光器，這樣發(fā)出去的激光出去以后，就是大家剛才看到的那兩束靚麗的直插云霄的綠光。
什么是中高層大氣？
中高層大氣是什么？我們?cè)诘乇砻婵吹胶芏嗪Ｑ?，波濤洶涌。我們也看到?duì)流層大氣里有云、雨、風(fēng)，五彩繽紛，冬天有雪，到熱帶地區(qū)有很多暴雨。在對(duì)流層10公里以上，還是有很多的大氣，這就是我們經(jīng)常講的中高層大氣。這個(gè)大氣不是一個(gè)靜態(tài)的，也有溫度、密度和風(fēng)場(chǎng)的變化，所以它被形象地比喻為神秘的、高空的海洋。
人類(lèi)活動(dòng)的空間，按照溫度區(qū)分為幾個(gè)層，對(duì)流層就是10公里以下的空間，這里面主要的現(xiàn)象有云、雨、雪，直接和水相關(guān)。所謂的對(duì)流層就是它在垂直方向上有劇烈的運(yùn)動(dòng)，叫對(duì)流。在10公里以上，或者20-50公里，這一層叫平流層，這一區(qū)域大氣的流動(dòng)基本上以水平流動(dòng)為主。在平流層以上50-90公里的地方稱(chēng)之為中間層，這兩個(gè)區(qū)域就構(gòu)成了所謂的中高層大氣的主要區(qū)域。這個(gè)區(qū)域的大氣是變化的，跟地表對(duì)流層大氣的變化一樣。中高層大氣的頂端，從90公里開(kāi)始，上面就稱(chēng)之為電離層，90公里以下大氣都是中性成份為主；90公里以上出現(xiàn)部分電離，一千多公里到幾千公里完全電離，叫磁層。隨著能量的不斷注入，電離層的帶電粒子往下沉降，也會(huì)改變中高層大氣的狀況。這個(gè)大氣層我們看不見(jiàn)，或者我們不大習(xí)慣在這個(gè)區(qū)域里面生活和發(fā)展。但是這個(gè)區(qū)域大氣離我們?nèi)绱酥?，而且這個(gè)大氣里面的變化也是如此的五彩繽紛。
臨近空間在過(guò)去為什么研究得少？
【外景】
竇賢康：現(xiàn)在我們到35公里，信號(hào)還是比較強(qiáng)。
工作人員：這個(gè)顯示的是5到35公里。
竇賢康：5到35公里。
現(xiàn)在能不能把它的分辨率搞得更低呢，現(xiàn)在新的口徑是80厘米。
工作人員：可以，這個(gè)我們記錄的時(shí)候都按7.5米記的。
竇賢康：按7.5米記。
工作人員：累計(jì)一下，分辨率可以調(diào)。
竇賢康：可以調(diào)，對(duì)。
工作人員：而且這個(gè)臨風(fēng)層也比較清楚。
竇賢康：臨近空間為什么在過(guò)去研究得比較少？過(guò)去這個(gè)區(qū)域內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)比較少?？臻g物理研究比較奇怪，兩頭搞得比較清楚，中間不明白?？臻g物理研究是從對(duì)流層開(kāi)始一直研究到太陽(yáng)表面。在幾百公里、幾千公里搞得比較清楚，因?yàn)橛写罅康男l(wèi)星運(yùn)行，通過(guò)探測(cè)可以把這個(gè)地區(qū)的狀況搞清楚。太陽(yáng)表面可以通過(guò)觀(guān)測(cè)設(shè)備搞清楚，地面10公里以下有各種各樣的雷達(dá)可以搞得很清楚，唯一不太清楚的就是從地表面開(kāi)始20-100公里的區(qū)域。因?yàn)榇髿夥浅Ｏ”『透蓛簦瑳](méi)有反射物，很難探測(cè)，導(dǎo)致這個(gè)區(qū)域的研究相對(duì)滯后于其他領(lǐng)域。
為什么要加強(qiáng)對(duì)中高層大氣的研究？
中高層大氣里既然大氣這么稀薄，怎么樣去探測(cè)這樣一個(gè)大氣海洋，這是擺在空間物理學(xué)家面前一個(gè)非常難的課題。難在哪？衛(wèi)星下不來(lái)，衛(wèi)星的軌道高度是不能太低的。在低軌道上，很難維持衛(wèi)星長(zhǎng)期有效的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，判斷大氣的狀況變得不可能了。因?yàn)楦叨群芨?，地面的設(shè)備，探空氣球又很難飛到幾十公里以上的高度。正因?yàn)檫@些原因，導(dǎo)致我們?cè)谶@些區(qū)域里面探測(cè)存在一些困難。探空火箭非常好，可以把穿越軌道上的大氣要素搞清楚，它的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間精確度很高，缺點(diǎn)是它造價(jià)很高，打一次探空火箭需要幾百萬(wàn)人民幣，所以不能反復(fù)地打火箭，導(dǎo)致人類(lèi)對(duì)這個(gè)區(qū)域的探測(cè)處于相對(duì)空白的狀態(tài)。
從普通雷達(dá)到激光雷達(dá)
在講探測(cè)大氣之前，給大家做一個(gè)科普性的介紹。大家知道我們探測(cè)所有的東西，進(jìn)行遙感探測(cè)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)常用的是雷達(dá)。二戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)和英國(guó)作戰(zhàn)，德國(guó)的空軍力量比較強(qiáng)大，但是英國(guó)發(fā)明了雷達(dá)，它發(fā)出一個(gè)電磁波，碰到一個(gè)物體的時(shí)候會(huì)反射回來(lái)，你利用發(fā)射波和接收波之間的時(shí)間差，乘上光速再除以2，大概知道反射物在什么位置。根據(jù)發(fā)出的電磁波，它反射回來(lái)波的能量的大小不同，大家可以想象一下，一個(gè)小球和一個(gè)大球，在同樣距離上，發(fā)一個(gè)電磁波，獲得的能量是不一樣的。通過(guò)雷達(dá)波返回的時(shí)間差和返回能量的高低，可以大體上反映飛機(jī)的位置，這樣能夠準(zhǔn)確地知道德機(jī)來(lái)襲的數(shù)量以及它現(xiàn)在飛機(jī)所處的位置，這樣再去防衛(wèi)和攻擊變得比較有效。
雷達(dá)基本原理用下來(lái)，人類(lèi)的無(wú)線(xiàn)電波，大體上有米波、厘米波、毫米波等各種各樣不同波段的波。一個(gè)波打到一個(gè)物體上，當(dāng)波長(zhǎng)比物體大很多的時(shí)候，返回的能量是比較小的。物體本身有比較強(qiáng)的回波，發(fā)射出來(lái)一個(gè)波，大體上和探測(cè)物體的尺寸相當(dāng)?，F(xiàn)在探測(cè)一個(gè)飛機(jī)比較容易，因?yàn)轱w機(jī)很大。但是如果我們?nèi)ヌ綔y(cè)高空大氣，在10公里以上，20、30公里之間，還有一些火山各種因素導(dǎo)致的氣溶膠，只要有氣溶膠，波打上去回波就很強(qiáng)。
再往上，30公里以上，只有純凈的大氣，這里邊所有顆粒的尺寸多大呢？10的負(fù)9次方到10的負(fù)10次方米，這個(gè)地方只有空氣的分子。在低空探測(cè)可以探測(cè)雨滴和云滴，但是雨滴再小比空氣分子的尺寸要大很多，所以可以用厘米波雷達(dá)探測(cè)它，有雨滴的時(shí)候，可以用厘米波，甚至用更長(zhǎng)的波段探測(cè)，但是在30公里以上，就沒(méi)有別的更好的辦法了。這個(gè)時(shí)候大家可以想象得出來(lái)，這個(gè)層面上唯一能做的是用激光探測(cè)它，因?yàn)榧す獾牟ㄩL(zhǎng)大致上和分子的尺度相當(dāng)。
【外景】
工作人員：可以看到它這里面有點(diǎn)重力波的信息，有點(diǎn)波動(dòng)。
竇賢康：對(duì)，有點(diǎn)。它有點(diǎn)上下波動(dòng)。
工作人員：要認(rèn)真分析一下。
竇賢康：這次在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，跟他們（探空）氣球比對(duì)了嗎？
工作人員：比了，非常好。效果很好。
竇賢康：效果很好，是吧？
工作人員：這回是背靠背的。
竇賢康：好的，這樣我覺(jué)得可能到將來(lái)我們?cè)贋樗兄埔恍?，到這個(gè)雷達(dá)后邊的光學(xué)，看看信噪比能不能再提高一點(diǎn)，提高可以把雷達(dá)做得更小。
竇賢康：激光還有兩個(gè)非常重要的特性。首先有非常強(qiáng)的方向性。另外，激光有非常好的頻率的單色性。如果激光的單色性不好，會(huì)有大量的太陽(yáng)相關(guān)波段附近的能量隨著激光同時(shí)回來(lái)。激光雷達(dá)的基本原理，發(fā)射一個(gè)激光，向空間穿越的過(guò)程里，會(huì)在路徑上受到大氣的散射。在不同高度的大氣，不同時(shí)間散射回來(lái)的，后面利用簡(jiǎn)單的接收光路可以把激光穿越大氣的狀態(tài)準(zhǔn)確地搞清楚。
對(duì)于探測(cè)中高層大氣而言有幾種辦法：一種是激光雷達(dá)，一種是微波雷達(dá)，一種是探測(cè)火箭。只有激光雷達(dá)能夠覆蓋從近地面到100公里，現(xiàn)在正在做國(guó)際上最好的激光雷達(dá)。
這一部分工作是過(guò)去二三十年間，進(jìn)行激光雷達(dá)探測(cè)的主要進(jìn)展。根據(jù)回波的能量，可以把大氣溫度、密度測(cè)出來(lái)，武漢大學(xué)山頂上的光可以打到80-100公里，根據(jù)重金屬原子的共振、熒光的吸收，可以看出中高層頂?shù)拇髿鉅顩r。
中高層大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)難在哪？
竇賢康：中高層大氣的風(fēng)場(chǎng)探測(cè)難度在哪呢？中高層大氣它在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程里面，學(xué)過(guò)熱學(xué)大家知道，在我們現(xiàn)在的房間里，在室溫的條件下，這里氣體分子在雜亂無(wú)章地運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的平均速度是500米每秒。放到高空之后，大氣里面的分子各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都有。有一個(gè)宏觀(guān)的整體運(yùn)動(dòng)，就是我們能夠感覺(jué)到的風(fēng)，在雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)過(guò)程里，我們激光打過(guò)去，是每一個(gè)大氣分子散射的總和，這樣大家可以看到黃色的一部分。激光打上去之后，即使是完全單色的光，回來(lái)之后，由于氣體分子在視線(xiàn)方向上，有的遠(yuǎn)離你去，有的向你撲過(guò)來(lái)，而且速度很快，比它宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)要大得多。
這個(gè)情況下接收到的激光本身，就是圖上的黃色部分，是有幾個(gè)赫茲的展寬。假設(shè)大氣不動(dòng)就會(huì)得到一個(gè)穩(wěn)定的譜，但是這個(gè)譜是一個(gè)理想的譜。由于我們電子器件的原因，要得到的圖是抖動(dòng)的圖，邊是不光滑的，是帶有毛刺的，假設(shè)大氣不動(dòng)的話(huà)得到這樣的譜（理想的譜）。如果大氣運(yùn)動(dòng)，這個(gè)譜就會(huì)左移或者右移。如果移動(dòng)帶來(lái)每秒10米的風(fēng)速，移動(dòng)會(huì)非常小。因?yàn)樽V本身是由于熱運(yùn)動(dòng)速度導(dǎo)致的，是幾百米每秒量級(jí)帶來(lái)的展寬。當(dāng)風(fēng)速很小，要將風(fēng)速測(cè)量精度提得很高的時(shí)候，黃色的移動(dòng)部分很小，而且黃色本身又是不光滑。抖動(dòng)是由于移動(dòng)導(dǎo)致的，還是由于信號(hào)本身晃動(dòng)導(dǎo)致的，就很難判定。這是大氣里面，測(cè)風(fēng)速最難辦的問(wèn)題。
【外景】
竇賢康：現(xiàn)在白天觀(guān)測(cè)做完以后，我覺(jué)得基本上除了正午以外應(yīng)該都沒(méi)什么問(wèn)題了。
工作人員：對(duì)。一宿基本都是連續(xù)下來(lái)的，然后到了早上七點(diǎn)鐘的時(shí)候天就亮了，有點(diǎn)暗了。
竇賢康：現(xiàn)在按照這個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)的話(huà)，如果白天觀(guān)測(cè)部分做完的話(huà)，那個(gè)信噪比能提高多少呢，就是能把這個(gè)噪聲的指標(biāo)壓低多少？
工作人員：現(xiàn)在我感覺(jué)應(yīng)該能壓到跟晚上是一樣的。
竇賢康：接近一樣。
竇賢康：我們攻克了這些技術(shù)以后，開(kāi)始研制出成體系的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)。這是國(guó)際上并行做的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)工作的幾家單位，左上角的雷達(dá)放在法國(guó)的普羅旺斯地區(qū)，也是我當(dāng)時(shí)在法國(guó)留學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)設(shè)備的意義很大，是人類(lèi)歷史上第一次可以檢測(cè)到60公里以上大氣的風(fēng)場(chǎng)。中間是美國(guó)做的測(cè)中高層大氣風(fēng)場(chǎng)設(shè)備，右上角的衛(wèi)星是進(jìn)行全球大氣風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量。
到目前為止，我們還沒(méi)有辦法去測(cè)量全球的風(fēng)場(chǎng)。如果要進(jìn)行全球風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量，全球要布多少雷達(dá)才能測(cè)得出來(lái)？所以進(jìn)行全球風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量必須用衛(wèi)星。這是很早一段時(shí)間，計(jì)劃中世界上首臺(tái)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)。放一臺(tái)到衛(wèi)星上去，通過(guò)衛(wèi)星軌道的變化，對(duì)全球中高層大氣，包括平流層、對(duì)流層的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行全球測(cè)量。
從激光雷達(dá)到量子激光雷達(dá)
【外景】
工作人員：這邊是一個(gè)新機(jī)理的實(shí)驗(yàn)。大起來(lái)它要復(fù)雜得多，我們用到了聲波、電光、調(diào)制，然后這樣我們要比對(duì)手又要降五十倍的功率，我們要實(shí)現(xiàn)一樣的高信噪比的探測(cè)。
竇賢康：歐洲在上個(gè)世紀(jì)末，提出了著名的“風(fēng)神計(jì)劃”，把激光雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行全球風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量。要進(jìn)行全球風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量，就必須要通過(guò)衛(wèi)星來(lái)做，歐洲這個(gè)計(jì)劃成形的時(shí)間已經(jīng)非常長(zhǎng)。大概是90年代末提出來(lái)的這樣一套系統(tǒng)，提出到今天，這個(gè)計(jì)劃已經(jīng)被推遲發(fā)射好幾次，它的原因在哪？因?yàn)榧热粡母呖胀紫聛?lái)進(jìn)行探測(cè)，就需要比較強(qiáng)的激光，激光能量越來(lái)越大的時(shí)候，往往會(huì)把光路里面的某一個(gè)鏡片燒壞。在這樣的過(guò)程里，激光雷達(dá)在地面很容易做，燒壞了擰下來(lái)?yè)Q一個(gè)就可以重新開(kāi)始工作了。但是衛(wèi)星上不行，因?yàn)樯厦鏇](méi)有人，沒(méi)有辦法更換器件。
如何在大功率條件下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地、長(zhǎng)期地觀(guān)測(cè)，就變成是一個(gè)難題。這樣前提下我們有另一個(gè)辦法，發(fā)展出來(lái)一套系統(tǒng)，叫量子激光雷達(dá)，這也是我個(gè)人做到今天的科研工作里最得意的一件事情。
【外景】
學(xué)生：校長(zhǎng)，您好，我有一個(gè)問(wèn)題，就是量子激光雷達(dá)跟傳統(tǒng)雷達(dá)原理上有什么不同，它有什么比較顯著的優(yōu)點(diǎn)嗎？
竇賢康：傳統(tǒng)激光雷達(dá)，要通過(guò)提高能量和提高接收望遠(yuǎn)鏡的面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，但量子激光好在哪？我通過(guò)單光子的操作，可以降低它的噪聲水平和提高它的工作效率。實(shí)現(xiàn)過(guò)去傳統(tǒng)上通過(guò)能量提高和望遠(yuǎn)鏡口徑提高，來(lái)實(shí)現(xiàn)性能上的提高。后面我們通過(guò)超導(dǎo)的辦法，能夠把它非常弱小的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，我們的提取和檢測(cè)都基本上做到極致，這就是基本上目前技術(shù)條件下，我們能想象出來(lái)的激光雷達(dá)極限。
【提問(wèn)】
學(xué)生：您好，剛才您提到量子激光雷達(dá)是探測(cè)中高層大氣的利刃，您認(rèn)為我們國(guó)家大概什么時(shí)候能夠完成星載激光雷達(dá)？
竇賢康：量子技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)，有比較高的探測(cè)效率，這也是將來(lái)能夠上星非常重要的步驟，現(xiàn)在通過(guò)科學(xué)院的“鴻鵠計(jì)劃”，先把它放到球載技術(shù)上做。
【新聞報(bào)道】
中國(guó)科學(xué)院A類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“臨近空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱(chēng)“鴻鵠專(zhuān)項(xiàng)”）日前啟動(dòng)。鴻鵠專(zhuān)項(xiàng)將突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，建成我國(guó)首個(gè)臨近空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
竇賢康：球載做完以后把它安全性、可靠性、穩(wěn)定性驗(yàn)證完之后，我有一個(gè)夢(mèng)想，這輩子能在科技上干成的最后一件事情，希望能把中國(guó)的星載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)做出來(lái)。
下篇
中國(guó)核心技術(shù)上的突破靠什么？
【導(dǎo)視】
把我們的科技成果能夠轉(zhuǎn)換成推動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，解決中國(guó)實(shí)際問(wèn)題的方法。
如果你的核心技術(shù)不掌握，那是非常危險(xiǎn)的。
要靠我們中國(guó)的青年學(xué)者、科技人員的努力，才能走在世界的前列。
竇賢康：大家好，歡迎來(lái)到《大學(xué)》。
量子激光雷達(dá)的創(chuàng)新
下面簡(jiǎn)單跟大家介紹一下量子激光雷達(dá)的原理。
這是一個(gè)著名的激光雷達(dá)的方程，原理要講清楚比較容易。你要實(shí)現(xiàn)一個(gè)高的時(shí)間和空間分辨率測(cè)量的時(shí)候，唯一的辦法是做兩件事，一是不斷地提高激光器的能量，二是不斷提高接收望遠(yuǎn)鏡的口徑。這個(gè)是很難做到的，地面可以，但是在衛(wèi)星上很難做到更大。而且能量過(guò)高，它的光路會(huì)經(jīng)常損壞，使得你星載的激光雷達(dá)很難運(yùn)行。這就是為什么國(guó)際上星載激光雷達(dá)遲遲上不了天的主要原因。
當(dāng)時(shí)我們研究方程的時(shí)候在想，后面幾項(xiàng)沒(méi)有辦法變，就是大氣的衰減，怎么辦呢？提出量子激光雷達(dá)的初衷很簡(jiǎn)單。過(guò)去只是把能量和望遠(yuǎn)鏡面積提高，來(lái)提高雷達(dá)的性能。現(xiàn)在還有兩個(gè)因子，一個(gè)是量子效率，還有一個(gè)光子的能量。當(dāng)時(shí)提出一個(gè)方案，把紅外的光打出去，波長(zhǎng)長(zhǎng)，回來(lái)以后光很難探測(cè)，利用上轉(zhuǎn)換技術(shù)，把它從紅外的波段，轉(zhuǎn)換到可見(jiàn)光的波段。轉(zhuǎn)換過(guò)程里，一方面相當(dāng)于把大氣太陽(yáng)的背景抑制掉，同時(shí)把它的光換成量子效率很高的光來(lái)進(jìn)行探測(cè)。打一個(gè)比方，一個(gè)乒乓球很輕，外面包一個(gè)很重的鐵皮扔過(guò)去，它的可探測(cè)性就會(huì)變得非常之好。
原理是紅色部分發(fā)出一個(gè)光，經(jīng)過(guò)上轉(zhuǎn)換技術(shù)，轉(zhuǎn)換到藍(lán)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換之后，它的暗噪聲和量子效益同步提高，可以比傳統(tǒng)的激光雷達(dá)信噪比提高1800倍，這是一個(gè)大幅度地提高。做同樣一個(gè)設(shè)備，用量子技術(shù)，和原來(lái)的傳統(tǒng)雷達(dá)比，激光器能量可以變成原來(lái)的1/10，望遠(yuǎn)鏡口徑可以變成原來(lái)的1/10，進(jìn)行星載就變得格外地容易了。這是量子激光雷達(dá)的原理。
一個(gè)激光雷達(dá)好壞的差別，就看在同樣的距離下，誰(shuí)發(fā)出的光子多、誰(shuí)的信號(hào)強(qiáng)。我們這一套設(shè)備既有比較好的性能，同時(shí)又有比較低的噪聲。
【外景】
竇賢康：從一百公里到一千公里的地方，現(xiàn)在大氣的中性氣體探測(cè)，國(guó)際上沒(méi)有手段，但是在這個(gè)地區(qū)電子的、電離成分的探測(cè)是有手段的。我覺(jué)得這個(gè)我們要花點(diǎn)時(shí)間把它搞清楚。
激光雷達(dá)的應(yīng)用
竇賢康：激光雷達(dá)民用的實(shí)施，當(dāng)時(shí)在合肥測(cè)企業(yè)的排放，利用原來(lái)的激光雷達(dá)，過(guò)去可以測(cè)2公里多，現(xiàn)在可以測(cè)8公里，它的意義在哪？比如用傳統(tǒng)技術(shù)在武漢需要布100臺(tái)，用我們的新技術(shù)只用布10臺(tái)，任何一個(gè)探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，就可以帶來(lái)應(yīng)用的快速發(fā)展。
量子激光雷達(dá)前景
量子激光雷達(dá)以后前景非常大，比如它能夠進(jìn)行各種大氣要素的探測(cè)。在科學(xué)院“鴻鵠計(jì)劃”里，希望把我這一套設(shè)備放到臨近空間里面去，進(jìn)行環(huán)境測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試之后，下一步把它搞到衛(wèi)星上去，盡快把中國(guó)的星載測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)送上天。
【外景】
竇賢康：實(shí)際上就實(shí)現(xiàn)了每十個(gè)納秒就完成一次粒子或者是目標(biāo)的探測(cè)。
【提問(wèn)】
學(xué)生：竇校長(zhǎng)，你好！作為一個(gè)學(xué)科前沿的開(kāi)拓者和一位投身于一線(xiàn)數(shù)十年的科技人員，您認(rèn)為一個(gè)科學(xué)家的重要的品質(zhì)是什么？
竇賢康：作為一個(gè)科學(xué)家最重要的品質(zhì)，應(yīng)該是足夠敏銳，具備對(duì)于前沿科技問(wèn)題的把握能力?？赡苈?tīng)起來(lái)比較枯燥，確實(shí)反映了科學(xué)家最重要的品質(zhì)。牛頓被蘋(píng)果砸到，后來(lái)搞出萬(wàn)有引力定律，這就是科學(xué)家非常敏銳的方面。包括愛(ài)因斯坦提出相對(duì)論的時(shí)候，在諾倫茲變換里面發(fā)現(xiàn)有一些量不守恒了，他就敏銳發(fā)現(xiàn)時(shí)間和空間的統(tǒng)一。作為科學(xué)家而言，對(duì)前沿科學(xué)的洞悉力很關(guān)鍵。中國(guó)是經(jīng)歷了從落后到發(fā)展的國(guó)家，又是一個(gè)大國(guó)。有敏銳的科學(xué)精神，要有嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，這都是科學(xué)家最本質(zhì)的屬性。
一個(gè)知識(shí)分子首先要把科研做好
竇賢康：我們這一代人是改革開(kāi)放之后走出去的中國(guó)留學(xué)生。作為一個(gè)知識(shí)分子的責(zé)任，首先要把科研做好，作為科學(xué)家或者作為老師要把課上好。
有一張照片，伊藤博文和李鴻章談中日馬關(guān)條約，這個(gè)時(shí)候日本人很得意，能夠把這么大的國(guó)家打敗。他跟李鴻章講，中國(guó)很大，但是被我們打敗了。
【外景】
所以李鴻章也很無(wú)奈，說(shuō)中國(guó)雖然地大物博、人口眾多，但是人才很少。我想在清朝那個(gè)時(shí)候，作為一個(gè)談判官員，我相信他心里也是很悲涼的，那時(shí)候他也體會(huì)到了人才對(duì)一個(gè)國(guó)家的極端重要性。
竇賢康：老一代的科學(xué)家，像郭永懷、錢(qián)學(xué)森、鄧稼先27個(gè)人回來(lái)搞出了“兩彈一星”，那個(gè)時(shí)候的待遇和現(xiàn)在差別千百倍。隨著“兩彈一星”事業(yè)的發(fā)展，為中華民族的不斷發(fā)展提供了保障。
【習(xí)近平總書(shū)記同期聲】
現(xiàn)在在這些核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、國(guó)之重器，必須立足于自己。過(guò)去我們不得不自力更生，但是那個(gè)時(shí)候我們勒緊褲腰帶，咬緊牙關(guān)我們還創(chuàng)造了“兩彈一星”。
————2018年4月24日至28日，習(xí)近平在湖北考察
竇賢康：郭永懷是一個(gè)力學(xué)專(zhuān)家，和錢(qián)學(xué)森一同回國(guó)，27個(gè)人搞成了中國(guó)“兩彈一星”的事業(yè)。這是一個(gè)非常清瘦的人，但是卻是偉大的科學(xué)家。做了核實(shí)驗(yàn)之后，把數(shù)據(jù)送到北京，和他的警衛(wèi)員坐飛機(jī)返回北京，到北京機(jī)場(chǎng)附近的時(shí)候墜落了，英勇地犧牲了。大家發(fā)現(xiàn)他和警衛(wèi)員緊緊抱在一起，分開(kāi)的時(shí)候他們胸前的數(shù)據(jù)公文包還沒(méi)有燒壞，數(shù)據(jù)本子還是好的，他是一個(gè)偉大的科學(xué)家。他的太太叫李佩，曾經(jīng)是中國(guó)科技大學(xué)的外語(yǔ)系老師，“兩彈一星”勛章頒發(fā)以后，李佩就把他的勛章轉(zhuǎn)交給中國(guó)科技大學(xué)，現(xiàn)在還放在科大的校史館。
出國(guó)留學(xué)后毅然回國(guó)建設(shè)祖國(guó)
我們是80年代末出國(guó)的一代人。90年代初，我去北京的時(shí)候沒(méi)有高速，還要坐很舊的公共汽車(chē)跑到機(jī)場(chǎng)去。當(dāng)時(shí)北京機(jī)場(chǎng)沒(méi)幾架飛機(jī)，而巴黎機(jī)場(chǎng)非常繁忙，反差非常大。當(dāng)時(shí)我們就在想怎么樣通過(guò)自己的學(xué)習(xí)，幫助國(guó)家走向更加富強(qiáng)。我們是80年代末出國(guó)的一代人，在90年代中期回到國(guó)內(nèi)來(lái)，當(dāng)時(shí)有一個(gè)樸素的感覺(jué)，國(guó)家發(fā)展需要人才，希望自己回來(lái)以后，干一些事情?；仡欁哌^(guò)的近30年，我們這一代人，確實(shí)參與了國(guó)家進(jìn)程的各方面。在人生過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，除了滿(mǎn)足個(gè)人的利益以外你會(huì)活得更有價(jià)值。
【外景】
竇賢康：中國(guó)經(jīng)濟(jì)要轉(zhuǎn)型，國(guó)家要變成一個(gè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)，必然要推動(dòng)創(chuàng)新。創(chuàng)新要靠人，中國(guó)一些青年人才被不斷地培養(yǎng)出來(lái)，還有不斷的海外人才回國(guó)工作，人才的文化土壤已經(jīng)有了，我想中國(guó)會(huì)在創(chuàng)新方面邁上更大的臺(tái)階。
核心技術(shù)靠化緣是要不來(lái)的
竇賢康：這么多年隨著中國(guó)的技術(shù)進(jìn)步，中國(guó)的國(guó)力不斷增強(qiáng)，中國(guó)的發(fā)展速度非?？?。
Natuer Index挑出來(lái)幾十種期刊，都是各領(lǐng)域最好的期刊，這些領(lǐng)域發(fā)文的數(shù)量，至少反映這個(gè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)研究問(wèn)題的前沿程度和活躍度。全世界前50名的高校，中國(guó)已經(jīng)有8個(gè)。這從一個(gè)側(cè)面反映了中國(guó)科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
我們重視成績(jī)的時(shí)候，也必須看到差距。向世界第一邁進(jìn)的時(shí)候，核心技術(shù)非常關(guān)鍵，核心技術(shù)要靠中國(guó)的科技人員把它搞出來(lái)。怎么把它搞出來(lái)？需要在大學(xué)階段，把它學(xué)進(jìn)去，用到的地方，物理概念和電路問(wèn)題搞得很清楚，不能光靠下決心，這個(gè)時(shí)候要承擔(dān)起來(lái)中國(guó)在核心技術(shù)上的突破，靠你們年輕這一代。
【提問(wèn)】
學(xué)生：做一個(gè)課題需要很久時(shí)間，會(huì)遇到很多困難，有時(shí)候就會(huì)想到要放棄。是靠什么信念支撐自己，去完成自己的課題，進(jìn)一步提升自己的能力？
竇賢康：這個(gè)問(wèn)題非常好，作為一個(gè)科學(xué)家而言，往往能夠沉得下氣坐冷板凳。人都會(huì)遇到困難，我做激光雷達(dá)的時(shí)候，曾經(jīng)有一段時(shí)間出不了信號(hào)，也會(huì)有焦慮。作為一個(gè)青年科學(xué)家要知道，往往最難的事情應(yīng)該沉得住氣去長(zhǎng)期堅(jiān)守。在研究過(guò)程中，不管遇到什么困難，冷靜思考一下，往往困難越多，你把困難解決掉，你取得的成就就越大。
竇賢康：三代中國(guó)人有三代中國(guó)人的責(zé)任，錢(qián)學(xué)森那一代人發(fā)明了“兩彈一星”，為中華民族的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基本保障。我們這一代人是從80年代改革開(kāi)放以后成長(zhǎng)起來(lái)的一代人，參與了中國(guó)改革開(kāi)放事業(yè)，使中國(guó)已經(jīng)走向了社會(huì)主義現(xiàn)代化的強(qiáng)國(guó)道路，我們富起來(lái)了。隨著你們的不斷努力，一定能把中國(guó)建得更加強(qiáng)大。
【外景】
竇賢康：武大是1893年建校，當(dāng)時(shí)叫自強(qiáng)學(xué)堂。在抗戰(zhàn)的時(shí)候，在西遷過(guò)程中，雖然那時(shí)候很艱苦，但是大家還是比較有民族責(zé)任感的。我覺(jué)得武大的精神就是“自強(qiáng)弘毅，求是拓新”。一百多年來(lái)，秉承一貫的價(jià)值追求和理念。
現(xiàn)在要扎根中國(guó)大地辦大學(xué)，這個(gè)階段我們?cè)谧龊米匀豢茖W(xué)研究，做好基礎(chǔ)研究的同時(shí)，就是我們?cè)诹λ芗暗姆秶鷥?nèi)，能夠把我們的科技成果，轉(zhuǎn)換成能夠推動(dòng)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，解決中國(guó)實(shí)際問(wèn)題。
竇賢康：畢業(yè)典禮一定要突出兩個(gè)標(biāo)記，一是要突出它的學(xué)術(shù)性，二是要突出對(duì)學(xué)生的尊重。要求導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)為典禮上每一個(gè)學(xué)生扶正流蘇，希望能夠使武大的所有學(xué)生在武大學(xué)習(xí)期間取得的成就，最后在學(xué)位的授予時(shí)我們給他平等、公平地對(duì)待。通過(guò)這樣的儀式樹(shù)立學(xué)生的榮譽(yù)感，小的層面愛(ài)武大，大的層面愛(ài)國(guó)家。另外，讓武大的學(xué)生知道，學(xué)術(shù)這個(gè)領(lǐng)域里面，一定要按照學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做事。我們作為科技工作者，要盡我們的責(zé)任，把我們?cè)摳傻氖虑楦珊谩?/p>
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