陳衛(wèi)標同志創(chuàng)建了我國空間激光器工程技術(shù)體系，提出了空間激光雷達大氣環(huán)境多要素精準遙感方法及相干激光空間鏈路測距－通信－時頻傳輸一體化體制，主持了國際首套星載大氣多要素探測激光雷達、我國首臺空間激光器等標志性工程，為我國載人航天、探月、深空探測、高分專項、國家空間基礎(chǔ)設(shè)施等重大工程作出重要貢獻。

空間激光技術(shù)是構(gòu)建空間信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和推動航天科技發(fā)展的核心支撐。在中國航天領(lǐng)域，陳衛(wèi)標牽頭組建中國科學院空間激光創(chuàng)新團隊，建成空間高可靠、長壽命激光器產(chǎn)品研發(fā)基地和可靠性評估中心；率先發(fā)展星載大氣海洋激光雷達融合遙感方法和技術(shù)新體制，以及自由空間激光通信系統(tǒng)體系；先后首研星載二氧化碳和氣溶膠聯(lián)合探測激光雷達，星間激光通信和天空地海激光通信系統(tǒng)等代表性系統(tǒng)；累計發(fā)射各類空間激光器近百套，為我國月球探測與載人航天、火星探測、“高分”專項和國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施等國家重大航天任務(wù)做出重要貢獻。

獨立自主，首創(chuàng)“中國制造”空間激光器

2001年，陳衛(wèi)標懷揣空間激光的夢想回國加盟中國科學院上海光機所，自此與空間激光結(jié)下深厚感情，他默默下定了決心——要在中國航天領(lǐng)域開啟“中國自主可控的空間激光器”。而之前，我國自研空間激光器尚屬空白。

2007年，“嫦娥”一號激光高度計的成功發(fā)射和在軌應(yīng)用，標志著我國首個國產(chǎn)空間全固態(tài)激光器誕生，這也使我國成為少數(shù)擁有太空激光技術(shù)的國家。

在“嫦娥”一號任務(wù)中，激光器發(fā)射精準的主動測距脈沖激光，助力激光高度計測量月球表面的三維數(shù)字高程信息，繪制月球三維立體圖像。這是我國首次在航天器上搭載激光器，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可以借鑒，這臺激光器誕生的背后是陳衛(wèi)標帶領(lǐng)的團隊無數(shù)個不眠之夜、“從零開始”的一場硬仗。記得一個驚險的“真空罐事故”：初樣產(chǎn)品交付前的真空測試，罐內(nèi)一切正常，但一出罐就“罷工”；通過緊急排查，才得知這是殘余高壓的低氣壓放電所致。一次次故障，一次次教訓，團隊形成了反復“想缺陷、想漏洞”的雙想習慣。陳衛(wèi)標常說：“航天工程的成功，就是差一點失敗。”

有了第一次的成功，陳衛(wèi)標團隊持續(xù)承擔“嫦娥”二期、三期任務(wù)中的所有激光器研制任務(wù)。在“嫦娥”三號任務(wù)中，研制著陸器軟著陸的激光測距敏感器、激光三維成像敏感器的激光器。團隊大膽創(chuàng)新，在國際上首次將脈沖光纖激光器送入太空，以滿足快速成像和小型輕量化的任務(wù)需求，為著陸避障提供了有力保障?！版隙稹蔽逄栐黾蛹す鉁y速敏感器，首次將單頻窄線寬光纖激光器在月球應(yīng)用，實現(xiàn)著陸器的三維速度測量，增強軟著陸能力。

圖1 陳衛(wèi)標帶領(lǐng)團隊進行項目攻堅

創(chuàng)新突破，引領(lǐng)空間激光技術(shù)制高點

空間激光器的研制，堪稱“在太空中繡花”。陳衛(wèi)標團隊曾總結(jié)出四大難題：高效導熱、抗沖擊、真空環(huán)境適應(yīng)性、高性能長壽命。每個問題都是亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

首當其沖的便是輻射傳導冷卻問題。固體激光器的熱集中在非常小的區(qū)域，必須傳導到太空冷背景中，因此如何高效、低梯度導熱是確保激光器性能的關(guān)鍵。陳衛(wèi)標團隊發(fā)明了一體化傳導冷卻泵浦技術(shù)，成功解決了高熱傳導、高泵浦效率和緊湊一體化的工程難點，實現(xiàn)了泵浦效率大于90%，200W泵浦功率下溫度梯度低于4℃的導熱能力。

激光器隨航天器發(fā)射和在軌運行中，必須承受巨大的力學沖擊和高低溫度沖擊，還能存活并保持高的性能，這對有諸多光學元件組成的高精密激光器來說，是個極大挑戰(zhàn)。此外，對深空探測激光應(yīng)用來說，激光器必須滿足小型輕量化，如研制火星巖石成分探測激光器中，任務(wù)只分配給激光器600g，而且要求在-60℃ ~30℃的極端溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。陳衛(wèi)標帶領(lǐng)團隊反復試驗，創(chuàng)新發(fā)明被動調(diào)Q、力學不敏感的腔結(jié)構(gòu)和VCSEL寬溫泵浦構(gòu)型，確保了激光器在火星環(huán)境下穩(wěn)定可靠運行。

為了確保各類高性能激光器的長壽命穩(wěn)定工作，陳衛(wèi)標團隊還發(fā)明和攻克了避免真空污染誘導損傷的無膠封裝技術(shù)、光纖固體混合放大技術(shù)等，創(chuàng)建了空間激光光電器件可靠性評估中心，確保每個元件安全可靠應(yīng)用到空間激光器系統(tǒng)中。目前，多種空間激光器的性能指標在國際同類中綜合指標最優(yōu)。激光器陸續(xù)應(yīng)用到陸地三維測繪、生態(tài)資源探測、大氣成分探測等對地觀測衛(wèi)星中。

戰(zhàn)略高地，搶占中國雙碳戰(zhàn)略話語權(quán)

2022年，隨著“大氣”一號衛(wèi)星發(fā)射成功，全球首臺二氧化碳和氣溶膠同探激光雷達在軌運行。陳衛(wèi)標帶領(lǐng)的團隊完成了一項“不可能的任務(wù)”——在同一顆衛(wèi)星上實現(xiàn)“污碳同測”，二氧化碳探測精度優(yōu)于1ppm，填補了全球兩極二氧化碳晝夜變化監(jiān)測的空白。從單機到系統(tǒng)，從跟跑到領(lǐng)跑：“大氣”一號交出的“優(yōu)秀答卷”令人振奮。

然而，這一成就的起點卻充滿質(zhì)疑。2015年，NASA專家曾評價陳衛(wèi)標團隊的方案“風險太高”，潛臺詞是“做不出來”。傳統(tǒng)激光技術(shù)存在大能量輸出和長期頻率穩(wěn)定保持的矛盾，而二氧化碳探測采用的“差分吸收法”，恰恰對激光器提出了頻率長期穩(wěn)定和高脈沖能量輸出需求。陳衛(wèi)標團隊勇于創(chuàng)新，成功攻克了多波長激光穩(wěn)頻與混合體制能量放大的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)反復驗證，在國際上首次實現(xiàn)了單臺激光雷達的多波段頻率穩(wěn)定與高能量輸出，突破了長期存在的技術(shù)瓶頸，為高精度探測提供了有力保障。

同時，為了驗證激光雷達二氧化碳測量精度，團隊創(chuàng)新研制出在實驗室條件下模擬整層大氣環(huán)境的標定設(shè)備，建立了一個長約40m、直徑300mm的溫度、壓力可控的二氧化碳吸收池。以1ppm濃度分辨率來檢驗激光雷達的測量精度和準度，確保激光雷達發(fā)射前，系統(tǒng)各項參數(shù)得到定標，讓用戶放心。激光雷達系統(tǒng)復雜，研制過程充滿挑戰(zhàn)，每個細節(jié)都需要高度的耐心和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，任何一個細微的誤差都可能影響最終的結(jié)果。陳衛(wèi)標和團隊成員憑借著扎實的專業(yè)知識和頑強的毅力，對激光雷達發(fā)射、接收、定標各個細節(jié)精密測量和嚴格測試，從而保證激光雷達的測量精度。陳衛(wèi)標經(jīng)常與團隊嘮叨航天“細節(jié)決定成敗”的寶貴精神。

2022年4月，搭載全球首顆大氣二氧化碳和高光譜氣溶膠探測激光雷達的衛(wèi)星“大氣”一號發(fā)射成功，我國率先實現(xiàn)全球溫室氣體和氣溶膠高精度激光遙感探測。人類首次獲得全球兩極地區(qū)及全球夜晚的二氧化碳柱濃度，比對精度優(yōu)于1ppm。這一成果不僅開啟了星載激光雷達溫室氣體遙感先河，還為“雙碳”戰(zhàn)略貢獻中國數(shù)據(jù)，是我國踐行支持全球氣候變化研究的重要舉措。

圖2 陳衛(wèi)標在進行產(chǎn)品測試

薪火相傳，培養(yǎng)空間激光應(yīng)用接班人

在陳衛(wèi)標看來，航天工程是一項系統(tǒng)工程，每個團隊及個人都是其中不可或缺的一環(huán)。他常對團隊成員說：“做航天任務(wù)，最重要的就是認真、負責。”陳衛(wèi)標曾連續(xù)3個月睡在研究所的行軍床上，為保證完成國家空間站應(yīng)用系統(tǒng)的研制和交付，身先士卒，踐行“特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻”的載人航天精神。

從“嫦娥”探月到“大氣”一號，陳衛(wèi)標團隊用20年時間，將中國空間激光器從“零的突破”推向“國際領(lǐng)先”。他們始終心懷國之大者，堅持科技創(chuàng)新，堅守探月精神和載人航天精神。團隊從2001年成立時僅有寥寥數(shù)人，到如今已壯大到200余人。從單一空間激光器，發(fā)展到依托空間高性能激光器，延伸發(fā)展空間激光雷達遙感、空間激光通信以及空間科學等多個應(yīng)用系統(tǒng)。這支隊伍的成長是中國航天發(fā)展的最佳縮影?！皣液教烊蝿?wù)越來越重，我們要讓更多年輕人挑大梁”，他把很多精力放在青年人培養(yǎng)上，為的是把航天精神傳承下去。

圖3 陳衛(wèi)標在工作中

前瞻布局，驅(qū)動空間激光未來發(fā)展新方向

正如陳衛(wèi)標所言：“激光照亮的不只是深空，還有中國科技自立自強的未來。”從“嫦娥”一號到“嫦娥”七號，從月球探測、火星探測，再到對地觀測，在這條星辰征途上，陳衛(wèi)標始終瞄準航天技術(shù)前沿，勇攀科學高峰，用科技創(chuàng)新書寫著航天人的精彩篇章。

陳衛(wèi)標常說：航天任務(wù)必須嚴謹，但不代表保守不創(chuàng)新。未來，他們聚焦國家需求，持續(xù)在深空探測、空間科學、對地觀測和空間安全等領(lǐng)域開拓創(chuàng)新。未來的空間激光技術(shù)將朝著更高精準化、更小型化、更智能化的方向發(fā)展，未來空間激光應(yīng)用將更加豐富，團隊將不斷探索創(chuàng)新，為我國航天事業(yè)的發(fā)展做出更大貢獻。