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咬定青山不放松 坚韧执着攀高峰
——记南京天光所“高精度大口径天文镜面磨制技术”研究团队
发表日期: 2007-03-30
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   天文观测的对象是宇宙间极为遥远暗弱的天体,因此,追求尽可能强的集光能力、尽可能高的分辨能力和灵敏度是望远镜研制工作永恒的主题。望远镜的口径越大,精度越高,集光能力越强,分辨能力也越高,但同时给望远镜研制带来的困难与挑战也越大。为尽量减轻望远镜的重量、降低造价,就要选用非球面度更大,厚度更薄的光学镜面做望远镜的主镜,这就要求不断地研究和发展大口径高精度非球面光学镜面的研制技术。
   在南京天光所(其前身为南京天文仪器厂、南京天文仪器研制中心)老一辈天文学家对天文镜面技术四十多年艰辛探索的基础上,南京天光所所长崔向群研究员于1997年组建了“高精度大口径天文镜面磨制技术”的研究团队,决心攻关。在她的带领下全体成员团结一心、艰苦奋斗、锐意创新,克服重重困难,在国内率先将主动光学技术应用在大口径镜面的磨制技术中,攻克了超薄镜面磨制技术和主动压力抛光盘磨制技术的难题,为我国自行建造大口径地面和空间天文光学望远镜,实现我国天文学在21世纪的振兴奠定了坚实的基础,使我国大口径镜面磨制技术上了一个台阶。2004年南京天光所“高精度大口径天文镜面磨制技术”荣获江苏省科技进步一等奖,2005年荣获国家科技进步二等奖。
   一、领军人物是科研团队的核心
   1994年在欧洲南方天文台参加VLT(上世纪末世界上最大的天文光学望远镜项目— 4架8.2米口径光学望远镜阵)研制工作的崔向群因国家重大科学工程“大天区面积多目标光纤光谱望远镜(英文简称LAMOST)”的立项和研制需要回到国内。她除有多年参加VLT研制工作的经历外,还曾在英国Jodrell Bank 射电天文台参加过38×25米口径射电望远镜和76米口径射电望远镜的更新改造工作。她在天文望远镜和光学仪器设计、主动光学技术、结构分析和计算机应用等多方面积累有丰富的经验。
   我国著名天文光学和主动光学专家苏定强院士一直深感国内天文镜面研制水平与西方国家的差距仍然较大,镜面精度不够高且很大程度仍依赖于个人的经验和技术,研制的周期与国外同样要求的镜面比较要长,超薄大口径镜面的研制还是空白,远不能满足国内天文学发展的需要。苏定强院士敏锐地认识到采用新技术提高天文镜面的研制水平已成为我国天文仪器与技术分支学科中最重要最迫切的问题之一。在崔向群回国后不久,苏定强院士建议她挑起这个重担,并希望她在搞好LAMOST项目的同时,设法尽快提高我国光学大口径镜面研制水平。当时任国家天文观测中心主任的艾国祥院士也向她提出了相同的要求。艾院士要求当时南京天文仪器研制中心进入中科院知识创新工程一期的科研部分(天光所的前身)在完成LAMOST这一重要国家任务的同时,作为知识创新工程的战略任务一定要将高精度大口径光学镜面技术搞上去。
   在我国天文界专家和国家自然科学基金委员会的大力支持下,作为国家自然科学基金重点项目,“高精度大口径天文镜面磨制技术”研究团队成立。方向锁定的是国际前沿的超薄镜面磨制技术和主动压力抛光盘磨制技术。目标是迅速提高我国大型天文望远镜光学镜面的研制水平,争取在二十世纪末二十一世纪初,使我国具有自行研制大型光学望远镜超薄大非球面反射镜(口径在4米至8米)的能力,为我国建造大口径天文光学望远镜解决主要技术难点。
   团队的组建不是一帆风顺的。有人中途离开了,也有人觉得太难望而却步,期间,还经历了机构重组带来的各种干扰和不稳定的因素,使队伍建设经受了严峻的考验。
   崔向群作为团队负责人,不仅把握了处于国际前沿的研究方向,而且以她高尚的人格、强烈的爱国情操感动了团队的每一位成员;以她对工作的极大热情感染着大家;以她坚韧执着、百折不挠的意志激发了大家昂扬的斗志;终于以她为中心凝聚了一支具有爱国精神和勇于拼搏、甘于奉献、团结协作、敢于创新的优秀人才队伍。
   二、优势互补和发挥集体智慧是科研团队的人才保障
   科研团队如何实现优势资源的最佳组合,保证每一位成员的才能得以充分发挥,最大程度地提高整体创新能力,是团队建设过程中崔向群一直在认真思考的问题。
   这个团队的人员配置除了考虑专业知识的需要外,还充分考虑到不同年龄层次人才的特点,实行老、中、青搭配,争取实现各年龄层次人才的的优势互补。年轻的科研人员充满朝气,具有充沛的精力和开拓进取的精神,是科研工作的生力军和接班人;中年科研人员有较多的经验,也有着强烈的责任感和事业心,作为承前启后的一代是创新团队的中坚力量;具有几十年经验的老专家,他们积累丰富,解决问题的能力和责任心很强,也希望能抓紧机会与时间为其热爱的事业多作贡献。崔向群对每位成员都充分信任,尽可能地调动他们的工作热情,发挥所有人员的作用。她紧紧地依靠中年科研人员,充分地尊重老专家,不断鼓励年轻科研人员。出现问题时总是以积极的态度去解决问题,对人则以鼓励为主,既使每位成员感到有压力责任重大,又能保持对工作的热情。
   团队的成员性格不一,各有所长。崔向群总是尽可能地扬长避短,实现各类人员性格的优势互补。每当技术路线或工艺方案出现不同意见时,她采取集体会诊的办法,倾听、分析、参与……让集体的智慧充分涌流,从而得出科学且共同认可的解决办法,这不仅使年轻科研人员得到了学习和积累的机会,而且还保证了团队的团结和谐,使大家始终能朝着一个共同的目标努力。
   三、学术氛围是科研团队的文化保障
   这个团队具有和谐宽容的工作氛围。团队组建后针对研究要达到的目标进行各专业人员之间的分工和技术指标的细化,每个成员都明确了自己的任务。尽管分工明确,但项目涉及光学工艺、精密机械、自动控制、计算机等多个学科,各个学科之间必须紧密配合。各不同专业人员之间非常重视互相学习和参与。如,光学工艺的研讨会经常邀请自动控制的科研人员参加,自动控制专业的科研人员也经常主动跟光学工艺的科研人员学习磨制镜面的工艺方法,通过这种相互间的参与渗透,充分了解对方的具体需求,在工作中大家也有了更多的共同语言。在实验中出现不顺利时都能首先审视自己的工作,找到问题后也都能心往一处想,劲往一处使,为项目的成功创造了条件并提高了效率。
   团队成员的团结协作、甘于奉献的互助精神最大程度地保证了科研任务在艰难中顺利进行。由于科研工作难度很大,又要争取按期验收,时间显得尤为珍贵。在抛光盘面形测试实验中,每天从开始测量到数据出来需要很长时间,通常晚上10点多才能等到数据,科研人员都自觉地把工作时间分配好,离家远的人员白天做实验,离家近的晚上再来加班,并主动承担了保存数据,设备维护的工作。负责光学工艺的科研人员晚上拿到数据后,为了确定第二天原有试验是继续还是需要进行调整,保证不延误时间,只得经常通宵达旦地对数据进行计算处理。
   在困难和挫折面前,更需要团队成员之间的相互理解。尽管天文大镜面的研制是南京天光所的一大特色并且有着几十年的经验积累,但在超薄镜面磨制技术和主动压力抛光盘磨制技术研究上在国内尚居首次,尤其是主动抛光盘技术在国际上也只有美、英两个国家掌握。由于知识产权保护的问题,这方面的详细技术资料几乎没有,只能靠自己摸索,研制过程中问题自然层出不穷。尤其当各学科的专业人员经过几年的艰苦奋战终于迎来了主动抛光盘的初次联调,却发现效果并不理想。大家当时受到的打击很大,但他们没有气馁,坚持首先从自己的工作中查找原因。后来发现是经验缺乏,技术分析不到位造成的,不少部分需要重新设计,由此带来了巨大的工作量,但大家都把这看成是掌握前沿技术过程中必然会遇到的挑战,除了积极配合工作之外没有一句怨言。
   四、振兴中国天文事业是科研团队的精神动力
   因为项目的科研经费紧张,科研人员没有因从事这一研究工作获得任何额外的经济补贴。但是大家有着共同的精神追求:作为一支天文技术研究的国家队,国外能做到的我们也能做到,而且一定要做到,一定要攻克这一技术难题,使我国的光学加工水平彻底摆脱落后状态,跨入国际先进行列,为中国天文事业在21世纪的振兴提供技术储备。正是这种对祖国的伟大情感在科研实践中升华为不计个人得失,潜心科研,不畏困难,勇于创新,坚韧执着攀登科学高峰的实际行动。
   在项目初期,为了项目的进展,团队的两位副组长高必烈和李新南在国外做访问学者结束后均即赶回国内,他们充分运用在国外学习获得的感悟带领团队积极创新,极大提高了团队的整体创新能力。在项目的关键时期,因为工作时间紧,为了保证团队能按期达到既定科研目标的大局,高必烈又一次放弃了由国外单位提供优厚待遇的高访机会。
   南京天光所“高精度大口径天文镜面磨制技术”研究团队瞄准国际前沿课题坚持不懈地努力终于换来了丰硕的成果。在国内首先发展了柔性支撑超薄镜面磨制技术和计算机闭环控制的主动分离支撑的超薄镜面磨制技术,解决了超薄镜面磨制中低刚度的难题,并成功磨制了一块对角径1.1米、厚25毫米的超薄六角形平面镜和一块直径1.035米、厚26毫米的超薄球面镜,面形精度的均方根值分别为1/21.7和1/27波长,不仅为LAMOST的24块1.1米超薄六角形子镜研制获得成功做出了重要的贡献,还为将来研制30-100米极大口径光学/红外望远镜打下了基础;项目组在国内首先研制出采用主动控制技术实时控制抛光盘非球面面形直径为450毫米的主动抛光盘和我国第一台用计算机控制主动抛光盘磨制1.2米口径、快焦比、深度非球面镜的磨镜机,并建立了一套主动抛光盘磨制镜面工艺的数学模型和相应关系,使得磨制非球面就像磨球面一样平滑,而且高效稳定,解决了传统大口径大非球面度镜面磨制中容易出现的高频切带的难题。成功磨制了一块φ910毫米的焦比F/2的抛物面镜,面形精度的均方根值≤1/30波长,达到国际先进水平。
   这支队伍并没有因项目已鉴定、验收、获奖而停止前进的脚步,又吸收了更多中青年科研人员的加入,开始了新一轮的攻坚-他们已承担起能够加工更大口径非球面镜的第二代主动抛光盘和数控磨镜机的研制任务,向着直接磨制大口径超薄偏轴非球面技术发展的更高目标挺进。
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