作者:廖洋 王冰笛 来源: 中国科学报 发布时间:2023/11/29 9:03:37
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张凯临:攀登科研高地,创新巧做云梯

▲2000年,张凯临在进行非相干激光测风雷达相关工作。

▲2007年,张凯临(左二)和许振超(左三)等人在桥吊项目现场。

▲2021年,张凯临在做漂浮式测风雷达的出海准备工作。

受访者供图

■本报记者 廖洋 实习生 王冰笛

如果人生是一本故事书,张凯临的故事是怎样的?

从小接触电子设备,大学坚定报考电子工程系是故事序言;毕业之际毅然投身科研工作,在多台雷达的研发过程中贡献力量是故事主干;坚持开拓科研道路与提高理论水平是故事发展方向;“创新驱动,砥砺前行”则是使故事一直讲下去的驱动力……

随着在科研路上不断迎接挑战与取得成绩,中国海洋大学海洋技术学院正高级工程师张凯临的人生故事书越讲越厚……

“这儿正是我想工作的地方”

1994年,中国国家计算机与网络设施工程才通过一条国际专线接入Internet,实现了与国际互联网的全功能连接。而作为1993级电子系的学生,张凯临从小就接触了电子领域。

8岁起,张凯临跟着姥爷迈进电子领域大门,焊接收音机、遥控模型等电子设备。12岁,当大多数同龄孩子对计算机懵懂好奇时,张凯临已经跟着父亲学习BASIC语言编程。高考时,结合自己的兴趣,张凯临考取了青岛海洋大学(后更名为中国海洋大学)电子工程系电信专业。

大一时,由于学校电子领域缺乏兴趣小组,张凯临牵头组建起电子爱好者小组,向志同道合的同学普及电子知识,分享计算机编程经验。大二后,他开始担任全校电子爱好者协会负责人,同时为老师、同学以及实验室义务维修和维护仪器设备。从大三开始,他接触到科研仪器研制方面的工作。大四时,他在青岛海洋大学海洋遥感研究所完成毕业论文和实习,跟随多位资深的教授学者深入科研领域学习。就这样,张凯临不断创新和探索,向电子技术领域深处迈进。

1997年毕业时,正值各类企业大步发展初期,对于大多数毕业生来说,就职于薪资优厚的企业似乎是更好的选择。但对于张凯临而言,海洋遥感研究所里的各种电子、光学和机械类仪器,以及多台计算机和外设,例如激光器、数控激光振镜和高速数据采集卡,更让他难以忘怀。研究所不乏具有科学知识和数理能力的教授,但缺乏善于创造的工程技术人才。于是,毕业之际,研究所向张凯临发出了留校邀请。

“好!”张凯临仍记得当年的回复十分爽快,“我太喜欢这样的科研环境了,这儿能发挥我的创造力,正是我想工作的地方!”这位大学期间在电子技术方面表现突出的年轻小伙儿,放弃了各大名企投来的橄榄枝与优渥薪资,开心而满怀期待地接受了留校邀请,开启了科研工程师的生涯。

工作不同于学习,面对的是“真刀真枪”的实战。留校后,张凯临的第一个挑战是研制非相干激光测风雷达。“给氙灯泵浦的激光器进行种子注入,只有使注入后的激光器线宽变窄,才能用于风速遥感测量,这无疑是难度最大的部分。” 张凯临说,虽然他对电子电路非常熟悉,但激光器是集光学、机械、电子于一体的设备,对于刚刚本科毕业的他来说,极具挑战。

为破解这一难题,张凯临几乎阅读了所有能找到的相关文献资料、请教了国内外所有能请教的专家。白天查资料,晚上在实验室避光做实验,累了就睡在实验室……就这么没日没夜地苦干了两个月后,他终于在实验中实现了激光器的种子注入。

张凯临解释说:“通过思考和实验,我发现破解难题的关键是将激光器原厂的温控部分创新改造,实现激光器内循环水的温度控制。结合光路电路的改造,种子激光注入最终成功实现。”据悉,这是当时国内首次使用注入技术实现非相干激光测风雷达。

项目结题会上,中国光学界泰斗、专家组组长王大珩院士高度评价了测风雷达项目的技术突破,称“这是国际领先级别的”,并点名表扬了作为年轻科研骨干的张凯临。

“这犹如一针强心剂,给了我更多动力投身工程技术创新!”张凯临说。

既要搞科研,也要抓理论

第一个项目成功后,张凯临继续肩负重任。2002年,张凯临开始负责首个“863”项目子课题——机载海洋激光荧光雷达。

该课题要把刚发展不久的海洋激光雷达安装到飞机上并测量海洋参数。当时国内只有为数不多的几家机构对此展开研究。张凯临带领团队克服参考资料不足的困难,逐一击破难点、疑点,研制出我国首台机载海洋激光荧光雷达,于2005年正式飞行测量并获得圆满成功。

机载雷达项目完成后,张凯临与中国海洋大学教授傅圣雪带领团队与青岛港劳动模范许振超共同完成集装箱桥吊装卸作业3D定位导引系统。研发团队使用多传感器信息融合和计算机视觉技术,显著提高了港口装卸操作效率。

2008年,张凯临又参与研发了一个重大项目——海上石油平台溢油在线监控系统。他研制出了一个石油平台适用的激光荧光探头,可对海表的溢油油膜进行探测和报警。2012年,该项目获得中国海洋学会海洋科学技术奖一等奖。

探索不止,步履不停,既要在科研道路上不断精进,也要保持理论水平的不断提高。

2009年,张凯临考取博士研究生,师从中国海洋大学教授管磊,研究方向是高精度红外海表测温辐射计的研制。这种辐射计基于黑体红外辐射理论,在科考船或者海上平台部署,可以自动、连续、高精度地测量实时海表皮温,提供卫星海表测温数据的现场印证和校准,服务于气候变化和减灾防灾等领域。

面对全新领域,张凯临跃跃欲试。他将创新能力与科研经验充分结合,研制出OUCFIRST海表测温辐射计,这是我国自主研发的首台0.1K高精度海表测温辐射计。

“在自研设备出现以前,我国使用较多的是进口仪器。由于近岸雾霾等污染影响,进口设备往往‘水土不服’,维护校准周期较短,在维护周期内精度下降较快。”张凯临介绍说,“我们研制的辐射计有多光学窗口现场自动切换方案和干燥气体正压力吹扫方案,破解了应用方面的难题,并且使用了内置的可溯源的测温仪作为基准源,为数据准确度打下了基础。”

2016年6月至7月,张凯临携其研制的辐射计OUCFIRST,参加了于英国国家物理实验室举行的2016国际辐射计与黑体标定对比实验,来自中国、英国、美国、德国、丹麦、澳大利亚等国13家研究机构的团队参加了比测。在室内标准黑体测温实验和湖面测量实验中,OUCFIRST的各项数据结果均为参测设备前两名,外场实验测量结果在所有仪器中名列前茅。

这样的结果,无疑是张凯临自研设备测量精度的最好证明。

做好三件事

科研路上,虽然同时参与了多类项目,但对于一留校就涉足的激光测风雷达方向,张凯临从来没有与它“断联”。

在第一台非相干激光测风雷达研制成功后,他参与了车载可移式激光测风雷达的研发。2008年奥运会帆船赛气象保障、神舟飞船回收着陆场气象保障都有这台车载雷达的贡献。2006年,他作为课题副组长负责了浮游植物分类激光雷达的“863”项目;2011年,他参与研发了水汽和云探测激光雷达;2012年,他参与研发了船载非相干测风激光雷达;2014年,他负责了无人机机载测风激光雷达的改研;2016年和2018年,他作为结构负责人参与了两台海洋水体参数激光雷达的研发;2020年,他主持了国家重点研发计划支持下的“海洋大气边界层动力学剖面激光雷达研制”课题,并于2022年顺利结题验收。中国海洋大学激光雷达研究团队获得了2022 年度教育部的科学技术进步奖二等奖。

一项项成果让张凯临在科研路上越走越远,从事研发工作二十余载后,他开始思索:身为高校科研人员,究竟应该履行什么样的职责?

回顾过往,他给出了坚定而简单的答案:高水平完成好科研项目,培养教育好学生和年轻人,把成果尽量向科技市场转化。

迄今,张凯临负责和参与的科研项目达30多个,发表论文50多篇,获授权发明专利近20项;培养硕士生30人,每年课时量120小时以上;实现科研成果知识产权转让1项,有两项正在洽谈中。2018年起,他与激光雷达方向的几位同事一起,作为初创团队成员参与孵化了青岛镭测创芯科技有限公司,为生态环境立体监测、智慧风电、航空保障等行业提供高性能、高可靠性的激光雷达传感器产品和遥感应用整体解决方案。公司发展得到学校和各级领导的肯定和支持,成为产学研成功结合的优秀范例。

创新驱动,砥砺前行。这既是张凯临的人生座右铭,也是他科研路上始终践行的准则。

《中国科学报》 (2023-11-29 第3版 领域)
 
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