姜德生院士：讓國(guó)產(chǎn)光纖傳感技術(shù)守護(hù)大國(guó)重器安全

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中國(guó)工程院院士、武漢理工大學(xué)戰(zhàn)略科學(xué)家姜德生是我國(guó)光纖傳感技術(shù)研究的先驅(qū)者。他打破國(guó)外技術(shù)封鎖，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出我國(guó)第一個(gè)光纖傳感器，研發(fā)出光纖傳感設(shè)備核心器件，編制了光纖傳感領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

姜德生院士團(tuán)隊(duì)開發(fā)的光纖傳感產(chǎn)品被院士同行評(píng)價(jià)為“帶來(lái)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域里的一場(chǎng)革命”。他率隊(duì)攻關(guān)研發(fā)的新一代大容量光纖傳感網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)，首次工業(yè)化生產(chǎn)出單纖超過(guò)十萬(wàn)個(gè)光柵傳感器的產(chǎn)品，形成大容量、高密集、高精度的光柵陣列光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該技術(shù)在智慧地鐵、智能高速公路等多個(gè)重大工程中實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用。

姜德生院士是不懈的追光者，追逐的是光纖傳感技術(shù)突破，在三尺講臺(tái)和工程科研最前沿，用科學(xué)家精神滋養(yǎng)著青年學(xué)生，帶領(lǐng)他們把論文寫在祖國(guó)的大地上。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)搏擊在光纖傳感技術(shù)的制高點(diǎn)，指引他們成為各領(lǐng)域的“智能脊梁”，他也是溫暖的發(fā)光者，照亮的是學(xué)子們的前進(jìn)方向；他尤為重視學(xué)生的交叉學(xué)科思維的培養(yǎng)，把科學(xué)精神和創(chuàng)新種子撒向中小學(xué)生，點(diǎn)亮他們科技強(qiáng)國(guó)的夢(mèng)想。

PART 01

為光纖傳感設(shè)備配上“中國(guó)芯”

問(wèn)：光纖傳感設(shè)備配上“中國(guó)芯”有什么重大意義？

姜德生：光纖傳感本質(zhì)安全，可靠性高，對(duì)大國(guó)重器意義重大。美國(guó)、日本和歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家，都將光纖傳感列為重點(diǎn)支持的優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，我國(guó)研究被多方掣肘。我國(guó)光纖傳感的發(fā)展和其他很多領(lǐng)域一樣經(jīng)歷不同發(fā)展階段，早期主要是引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)進(jìn)行消化再創(chuàng)新，但是高精尖技術(shù)，國(guó)外不可能轉(zhuǎn)讓給我們。隨著我們國(guó)家的高速發(fā)展，在很多領(lǐng)域，我們國(guó)家不再跟著國(guó)外思路走，而是自主進(jìn)行更高層次的研發(fā)創(chuàng)新。

早期，國(guó)內(nèi)做光纖傳感器基本仿制國(guó)外，但部分參數(shù)達(dá)不到我們國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期以來(lái)，光纖傳感很多關(guān)鍵的器件被國(guó)外壟斷，光柵波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)的一個(gè)核心器件大約2萬(wàn)美元一支，一個(gè)小指頭大小的東西，比黃金還貴！當(dāng)我國(guó)提出以較低的價(jià)格批量買他們的產(chǎn)品時(shí)，遭到拒絕。這樣被別人“卡脖子”的憋屈，讓我們下定決心，自己帶隊(duì)研發(fā)。經(jīng)過(guò)三年攻堅(jiān)，我們研制出性能更優(yōu)，成本更低的核心光器件。后來(lái)，美國(guó)公司主管，曾三次親自到中國(guó)來(lái)，提出按照原價(jià)格的1/3把他們的產(chǎn)品賣給我們，企圖在中國(guó)占領(lǐng)更多的市場(chǎng)，我們當(dāng)時(shí)就婉拒了。

問(wèn)：光纖傳感設(shè)備配上“中國(guó)芯”帶來(lái)了哪些改變？

姜德生：油庫(kù)火災(zāi)事關(guān)重大，我下決心要開發(fā)出光柵火災(zāi)報(bào)警裝置，避免重大火災(zāi)的發(fā)生。經(jīng)過(guò)幾百個(gè)日日夜夜的攻關(guān)，我們團(tuán)隊(duì)終于在全國(guó)率先研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“光纖光柵感溫火災(zāi)報(bào)警技術(shù)與系統(tǒng)”，并投入國(guó)家油庫(kù)工程使用。

再舉一個(gè)例子，2006年6月，陜西秦嶺終南山隧道火災(zāi)報(bào)警工程進(jìn)行國(guó)際招標(biāo)，一時(shí)成為當(dāng)時(shí)世界矚目的“擂臺(tái)”新聞。國(guó)外某知名光纖傳感企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)時(shí)提供的方案，不僅需要大量的后期維護(hù)，報(bào)警時(shí)間也需要好幾分鐘。而我們的火災(zāi)報(bào)警裝置，解決了20公里長(zhǎng)距離無(wú)中繼的世界難題，報(bào)警反應(yīng)時(shí)間只需不到20秒，而且每公里的建設(shè)成本只有國(guó)外產(chǎn)品的三分之一。最后，我們團(tuán)隊(duì)以技術(shù)第一中標(biāo)。

此后，國(guó)外同類產(chǎn)品逐步退出中國(guó)市場(chǎng)。截至目前，光柵火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)裝備了我國(guó)兩萬(wàn)公里隧道、90%的油庫(kù)火災(zāi)安全監(jiān)測(cè)，為國(guó)家安全和國(guó)民生活提供保障。

PART 02

“萬(wàn)物互聯(lián)”守護(hù)大國(guó)重器

問(wèn)：服務(wù)國(guó)家需求，尤其是守護(hù)重點(diǎn)領(lǐng)域重大工程安全中你們做了哪些持續(xù)研究？

姜德生：只要是對(duì)國(guó)家有利，能保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，我們都義不容辭地進(jìn)行科研開發(fā)，我們團(tuán)隊(duì)把自己服務(wù)的范圍擴(kuò)大到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方方面面，推動(dòng)多行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

近年來(lái)，針對(duì)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略對(duì)光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的新需求，我們積極開展新一代大容量光纖傳感網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)攻關(guān)，取得了世界領(lǐng)先的創(chuàng)新成果，首次工業(yè)化生產(chǎn)出單纖超過(guò)十萬(wàn)個(gè)光柵傳感器的產(chǎn)品，形成大容量、高密集、高精度的光柵陣列光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

這一技術(shù)已在機(jī)場(chǎng)智能跑道、智慧地鐵、智能高速公路等多個(gè)重大工程中實(shí)現(xiàn)首次示范應(yīng)用，為多個(gè)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供關(guān)鍵智能化平臺(tái)和核心數(shù)據(jù)支撐，得到行業(yè)和相關(guān)部門的高度好評(píng)。

問(wèn)：如何評(píng)價(jià)我國(guó)光纖傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平和未來(lái)發(fā)展方向？

姜德生：我們團(tuán)隊(duì)持續(xù)積極促進(jìn)光纖傳感技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化，推動(dòng)了光纖傳感領(lǐng)域第一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制與頒布。團(tuán)隊(duì)開發(fā)了七大類30余種光纖傳感器，形成了具有我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光纖傳感成套生產(chǎn)技術(shù)與裝備，破除了國(guó)外技術(shù)產(chǎn)品壟斷，打破了公路隧道等領(lǐng)域進(jìn)口產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面，極大降低了建設(shè)成本。

另外，我們匯聚高校與企業(yè)的綜合優(yōu)勢(shì)，孵化了光纖傳感領(lǐng)域首家上市公司——理工光科股份有限公司，促進(jìn)光纖傳感產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

根據(jù)光纖光柵傳感技術(shù)發(fā)展的需求和存在的關(guān)鍵問(wèn)題，我們開展了大量研究，成功突破了光纖光柵傳感技術(shù)工程應(yīng)用的兩大瓶頸問(wèn)題。研制出編碼光纖光柵，解決了普通光纖光柵無(wú)法大容量多點(diǎn)分布式檢測(cè)的難題；發(fā)明了角調(diào)諧波長(zhǎng)解調(diào)方法，實(shí)現(xiàn)了光纖光柵解調(diào)技術(shù)的自主創(chuàng)新。而且這些創(chuàng)新的技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為我國(guó)所獨(dú)有，從而使我國(guó)光纖光柵傳感技術(shù)在國(guó)際上占有重要地位。

在智能化物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的現(xiàn)下，我們建議，加快部署新一代“智能傳感網(wǎng)絡(luò)”中的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)及上下游產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，打破國(guó)外技術(shù)封鎖，形成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套生產(chǎn)技術(shù)與裝備，形成以光纖通信、光纖傳感、光器件產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能競(jìng)相發(fā)展的格局。

PART 03

不懈追光引導(dǎo)光纖人接續(xù)奮斗

問(wèn)：如何回望您的“追光”生涯？

姜德生：最早時(shí)候，我利用學(xué)校的材料優(yōu)勢(shì)研究激光。臺(tái)風(fēng)襲來(lái)時(shí)，高樓會(huì)發(fā)生多大的位移？高層建筑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定離不開這個(gè)重要數(shù)據(jù)。我發(fā)現(xiàn)利用光纖抗電磁干擾的優(yōu)勢(shì)，不僅能預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)的來(lái)臨，還可能開辟一個(gè)全新的領(lǐng)域。我把一間石棉瓦蓋的庫(kù)房當(dāng)成自己的實(shí)驗(yàn)室，研制出我國(guó)第一個(gè)光纖傳感器――光纖風(fēng)壓計(jì)。一鳴驚人，因?yàn)椤肮饫w傳感器”這個(gè)名詞剛從國(guó)外傳入中國(guó)不久。

1981年，我研制的光纖風(fēng)壓計(jì)在廣州白云賓館測(cè)試成功，成為全國(guó)首個(gè)光纖風(fēng)壓傳感技術(shù)的成功案例。這個(gè)光纖風(fēng)壓計(jì)在臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)電磁干擾中仍能正常工作，還獲取了寶貴的測(cè)試數(shù)據(jù)，為我國(guó)高層建筑風(fēng)荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

創(chuàng)新永無(wú)止境，學(xué)科交叉是創(chuàng)新的重中之重。就單個(gè)學(xué)科而言，比我們研究實(shí)力、技術(shù)實(shí)力強(qiáng)的單位或個(gè)人有很多，我們只有在涉及光纖傳感技術(shù)的各個(gè)學(xué)科之間做好融合貫通，才能在單個(gè)學(xué)科條件不如人的情況下，在整體、綜合的研究方面形成特色、占據(jù)優(yōu)勢(shì)、取得成功。沒有學(xué)科交叉，沒有平臺(tái)，干不出大事。所以，我經(jīng)常跟學(xué)生們講，最重要的就是要學(xué)科交叉。

問(wèn)：您如何結(jié)合自己的科研經(jīng)歷對(duì)年輕科研人員闡釋“將論文寫在祖國(guó)大地上”的意義？

姜德生：除了堅(jiān)持第一課堂育人，我經(jīng)常帶著學(xué)生深入隧道、橋梁、港口、水電等系列世界級(jí)首創(chuàng)工程一線，開展實(shí)踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生了解技術(shù)需求、討論技術(shù)方案、攻克技術(shù)難題，幫助他們成長(zhǎng)為創(chuàng)新復(fù)合型人才。

我經(jīng)常用自己科研的親身經(jīng)歷，鼓勵(lì)學(xué)生用多學(xué)科交叉的創(chuàng)新思維解決行業(yè)痛點(diǎn)堵點(diǎn)。在解決煤礦安全監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目中，我堅(jiān)持下礦井到工作面實(shí)地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。有一次，乘升降罐籠下到200米深礦井，再蹲騎“猴車”乘纜索下行至巷道，繼續(xù)徒步行走將近2公里才到達(dá)工作面，行走途中不時(shí)能聽到煤巖斷裂的聲音，還能看得見瓦斯氣體涌起的水泡。我堅(jiān)持奮斗在科研一線。但是在成果和榮譽(yù)面前退居幕后，讓年輕一代的學(xué)者做首席專家、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。很多項(xiàng)目找上門尋求合作，我都推薦給了團(tuán)隊(duì)的年輕老師，幫助年輕學(xué)者成長(zhǎng)為在工程領(lǐng)域獨(dú)當(dāng)一面、帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)的專家型人才。

另外，我也要多將科學(xué)精神、科學(xué)思想、科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法傳遞給青少年，鼓勵(lì)孩子們講科學(xué)、愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)，點(diǎn)亮孩子們的科技強(qiáng)國(guó)夢(mèng)想。我倡議武漢理工大學(xué)附屬小學(xué)成立“少年科學(xué)院”課外實(shí)踐活動(dòng)基地，我也擔(dān)任了科技校外輔導(dǎo)員，與孩子們開展“大手拉小手”交流活動(dòng)，近距離感受科技創(chuàng)新的魅力，幫助孩子們?cè)谛闹蟹N下熱愛科學(xué)、為國(guó)爭(zhēng)光的種子。

后記：姜德生院士曾寫下一首七言詩(shī)歌：“歷百年崢嶸滄桑，譜華夏雄渾樂(lè)章。鑄國(guó)強(qiáng)民富永盛，成中華復(fù)興夢(mèng)想?！奔埗糖殚L(zhǎng)，這首詩(shī)里，飽含了他道不盡的家國(guó)情懷。

訪談中，這位75歲的老人眼神透徹、聲音洪亮、邏輯清晰、語(yǔ)速飛快，飽含著對(duì)光纖傳感事業(yè)的熱愛。姜德生院士用光纖傳感測(cè)量世界，用萬(wàn)物互聯(lián)守護(hù)大國(guó)重器，用愛心智慧培育學(xué)子。他用遠(yuǎn)見卓識(shí)、辛勤耕耘、低調(diào)謙和詮釋為師之道，引導(dǎo)無(wú)數(shù)學(xué)子接續(xù)奮斗。

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審核編輯 黃宇