李春来:研制太空尖端“相机”

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2016年9月15日是中秋节，在这个阖家团聚的日子里，天宫二号空间实验室成功发射入轨。作为我国第一个真正意义上的太空实验室，天宫二号上装备了很多高科技装置，如宽波段成像光谱仪――一台由中国科学院上海技术物理研究所的科学家团队耗8年心血研制而成的太空尖端“相机”。

作为该团队的一员，李春来与有荣焉。

遇到遥感界的一场革命

李春来是什么人？他是一个“八零后”，是一个4岁孩子的父亲，还是中国科学院上海技术物理研究所副研究员和硕士生导师。

李春来如今尚处而立之年，但自2009年博士毕业于中国科学院上海技术物理研究所以来，他已经先后参与了环境一号卫星有效载荷红外相机、实践九号卫星长波红外相机、嫦娥三号科学载荷红外光谱仪等多个航天型号任务，其参与研发的“多维精细超光谱遥感成像探测技术”获得了2011年度上海市技术发明奖一等奖。现在的他，是嫦娥四号科学载荷红外成像光谱仪主任设计师、嫦娥五号科学载荷月球矿物光谱分析仪副主任设计师和国家“高分辨率对地观测”重大专项航空载荷“全谱段多模态成像光谱仪”的主要技术负责人。

能够取得以上这些成就，很大程度上得益于李春来的研究方向。从博士时期开始，他就跟随我国著名的成像光谱技术专家王建宇研究员，针对空间红外与高光谱成像技术开展了系统性的研究工作。李春来说：“高光谱成像技术的出现是遥感界的一场革命，它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测，具有重要的战略意义。在可见光短波红外波段高光谱遥感迅速发展成熟的基础上，我们团队将研究重点逐渐放在了如何在热红外波段实现高光谱成像，这对于在地球观测和军事探测等领域进行高光谱遥感研究具有独特优势。”

任何技术的研究都是为了应用，热红外高光谱成像技术也是如此。热红外谱段作为地物光谱特征的重要覆盖区域和遥感大气主要的透过窗口，能够通过搭载记载或卫星平台来获取地物的精细图像光谱信息，从而有效地识别地物、分辨目标，在地质勘测方面可以发挥较大作用。同时，还可以广泛应用于大气污染探测、城市环流分析、环境灾害监测等方面。

从上个世纪90年代开始，李春来所在的研究室就针对成像光谱技术开展深入研究，并逐渐将其装载到航空/航天平台上去。近几年，他们将其应用到国家的重大工程项目中，为国民经济建设发挥了一定的作用，特别是在科技领域，其所在的团队已经在国际上具有一定的知名度。李春来说，基于这些成果，其团队获得了2011年度上海市技术发明奖一等奖。

给月球拍张照

近年来，我国在航空航天领域成果斐然。高分卫星系列、嫦娥系列月球探测器、天宫卫星系列等的成功发射，使我国地外探测的水平得到了大幅提升，但也给科研工作者带来了更多艰辛的挑战。

2013年12月14日晚，“嫦娥三号”月球探测器成功登月，在月表虹湾附近实施软着陆。此时，绝大多数民众欢欣鼓舞，而李春来所在的中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电重点实验室中，则弥漫着一股兴奋而紧张的氛围。兴奋在于“嫦娥三号”的成功登月，而紧张则因为月球探测器登月只是开始，对他们的考验尚未结束，远不是放松的时刻。

我国的探月工程起步较晚，相比发达国家属于落后的状态。探月工程的重点，并不在于登上月球，而在于获取月球的信息。随着探月工程的进一步深入，对信息获取技术的要求也随之提高。月球表面反照率低，红外光谱信号极其微弱，红外成像光谱仪难以维持高灵敏度获取。针对这一问题，李春来及其科研团队负责了“嫦娥三号科学载荷红外成像光谱仪”项目，突破了凝视型红外成像光谱仪的微弱光谱信号获取等关键技术。

2013年12月23日北京时间上午10时10分，红外成像光谱仪月面首次开机，顺次完成探测及定标模式在轨测试，这是国际上首次完成的月面就位宽谱段图谱集成同步探测及定标。“直到这个时候，我们才全体把心放回肚子里。”李春来感慨地说。

项目结束后，探月工程地面应用系统给出的结论是：“CE-3红外成像光谱仪可见近红外图像数据与短波红外光谱数据完整有效，全谱段光谱特征明显，可见近红外通道图像清晰，其光谱范围、信噪比、动态范围等指标均满足任务要求。反射率光谱经初步分析，发现高钙辉石、橄榄石等月表典型矿物的吸收峰特征。”基于此项创新性成果，团队获得于2014年国家五部委联合颁发的“探月工程嫦娥三号任务突出贡献单位”奖。成果获得2015年度中国工程光学学会创新奖一等奖。

完成首台机载热红外成像光谱仪

近几年，李春来所在的团队主要进行的就是热红外谱段高光谱成像仪器研究工作。在“十二五”国家“863”重点项目“星载红外高光谱成像载荷研制”中，作为项目副组长，李春来面对的是“如何制造出我国第一台在热红外谱段的成像光谱仪器”的任务。“这是在我国国内第一次开展该类仪器的研发，而国外的材料又很难拿到，只能通过不断地摸索来进行。所以我们前期就花了近两年的时间来进行调研和系统设计工作，在反复权衡中决策到底怎么来做这个项目。”

李春来补充说：“等到弄清楚该怎么做之后，我们又面临两个难题，一是在这个仪器上要求首次实现低温光学，把光学系统制冷到零下两百度左右，并且实际应用到仪器当中去；第二个是在热红外谱段如何实现光谱精细分光后的高质量成像。在这一点上，目前世界上也只有美国开展了这方面的研究工作。”

最后，研究团队提出并实现了“推扫成像+延伸波长探测器+色散型分光+低温光学+实时定标”的总体技术路线，组织攻关完成了我国第一个100K机械制冷的低温光学系统，实现了波长延伸至12.5μm的红外焦平面高光谱成像，成功地将高光谱成像遥感拓展至热红外谱段。

该项目完成了我国第一台热红外成像光谱仪，仪器于2015年6月成功_展了航空校飞，其指标与美国JPL实验室2014年完成的MAKO系统相当，成果获2015年度中科院上海技术物理研究所年度重要科技进展，得到国家有关部门高度评价，并且作为优秀项目代表参加了2016年5月在北京举办的国家“十二五”科技成就展。以上学术成果和创新点还应用到我国“高分辨率对地观测”重大专项“全谱段多模态成像光谱仪”中，李春来在该项目中担任副主任设计师岗位，负责热红外模块的工程研制。

李春来说：“为了完成这个项目，整个团队前前后后无数个夜晚不眠不休做研究和实验。过程确实很艰难，但也正因为此，成功的果实才格外芬芳香甜。我们付出了数年的努力，最后获得了国家层面的认可，是非常有荣誉感、很开心的事情。”

在李春来看来，能够取得这诸多殊荣主要归功于他所在的团队――中国科学院上海技术物理研究所。他说：“我们这个团队在国内的学术影响力比较大，能够获取的科研资源也相对较多。再加上这是一个年轻的团队，除团队带头人之外，其余均为青年科研人员，整个团队充满了活力。”李春来玩笑说，目前在国内.很多科研团队在高光谱成像方面研究方向单一，科研院所多偏向于理论.业界又集中于仪器。而他所在的上海技术物理研究所则是二者兼备.齐头并进，有着其他团队难以比拟的优势。

作为青年科技工作者，李春来认为，对科研工作的热爱是一切钻研的前提：其次则要耐得住寂寞，因为科研工作很难在短期内出成果。在李春来看来，勤勤恳恳地做好自己的本职工作，就一定会有回报。