作者:廖洋 王冰笛 来源:中国科学报 发布时间:2023/11/30 16:53:38
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张凯临:攀登科研高地,创新巧做云梯

 

如何讲述自己的这本人生故事书?

从小开始接触电子设备,大学坚定报考电子工程系是故事序言,毕业之际毅然投身于科研工作,始终在多台雷达的研发过程中贡献自己的力量是故事主干,坚持科研道路与理论水平双向开拓是故事流向,“创新驱动,砥砺前行“则是故事一直讲下去的驱动力。

随着在科研路上挑战与成绩不断,中国海洋大学海洋技术学院正高级工程师张凯临的故事也越讲越厚……

2000年,张凯临在进行非相干激光测风雷达相关工作。   受访者供图

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

“这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接入Internet的国际专线开通,实现了与国际互联网的全功能连接。而作为1993级电子系电信班毕业生,张凯临从小就开始接触电子领域。

八岁起,张凯临就跟着姥爷入门电子领域,焊接收音机、遥控模型等电子设备。12岁,当大多数同龄的孩子们都还对计算机懵懂好奇时,张凯临已经开始跟着父亲开始了BASIC语言编程的学习。时间一晃到高考,结合自己的兴趣,张凯临考取了青岛海洋大学(中国海洋大学)的电子工程系,开始了自己新的探索。

大学一年级,张凯临眼见学校电子领域缺乏兴趣小组,就自己组建起电子爱好者小组,为志同道合的同学们普及电子知识,分享计算机编程经验。升入大二后,他又开始担任全校“电子爱好者“协会负责人,同时还为学校的老师、同学们以及实验室义务维修维护仪器设备。从大三开始,他接触研制科研仪器方面的工作,为同学们普及电子技术相关知识。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,跟着多位资深教授学者深入科研领域学习。张凯临的每一步都结合创新和探索,在向电子技术领域深处迈进。

1997年初夏的那个毕业季,正值国企、民企、合资企业大步跃升的发展初期, 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,在海洋遥感研究所这段时间,各种科研用电子、光学和机械类的仪器,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,让他大开眼界,难以忘怀。研究所各位教授们有着深厚的科学知识和数理能力,而善于创造的工程技术人才始终缺乏,于是,毕业之际,他们向张凯临发出了留校邀请。

“好!”张凯临仍记得当年的爽快回复,“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!”这位在大学期间在电子技术方面就表现突出的年轻小伙,放弃了各名企的优渥薪资与橄榄枝,开心而满怀期待了接受了留校邀请,开始了一名科研工程师的生涯。

工作不同于学习,面对的都是“真刀真枪”的实战。留校后,张凯临的第一个挑战是非相干激光测风雷达的研制。“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。”回忆起该项目难度,张凯临历历在目。

虽然对电子电路非常熟悉,但激光器是集光学、机械、电子一体的设备,对于刚刚本科毕业的张凯临来说,极具挑战。

为了解决这项难题,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,然后开始对激光器种子注入改造。白天查资料,晚上在实验室避光做实验,累了就睡在实验室,一头扎进实验室通宵达旦奋斗,就这么没日没夜的两个月后,他终于在一次次实验中实现了激光器的种子注入技术。

张凯临耐心解释道,“经过思考和实验,发现解决难题的关键,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,最终成功实现种子光注入。“而这也成为当时国内首次使用注入技术实现非相干激光测风。

中国光学界的泰斗,当时作为专家组长参加项目结题会的王大珩院士,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”,同时点名表扬了作为年轻骨干的张凯临。

“这一剂强心针给了我更多的动力去投身工程技术创新!”张凯临说。

2000年光学泰斗王大珩院士参观指导。   受访者供图

2003年飞机改装试飞雷达成功。    受访者供图

向科研和理论的双层楼迈进

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

该课题是指把刚发展不久的海洋激光雷达,安装到飞机上进行海洋参数测量。这在当时是刚刚兴起的热门领域,国内只有为数不多的几家机构展开研究。张凯临带领团队克服参考资料不足的缺陷,对难点、疑问点逐一击破。课题先后经历了雷达设备研制、飞机接口改造。2003年测试飞行,2005年正式飞行测量并获得圆满成功,成为我国首台机载海洋激光荧光雷达。

机载雷达项目完成后,张凯临又相继参与到各类服务社会科技类的项目中去,他与青岛港劳动模范许振超队长共同完成集装箱桥吊装卸作业3D 定位导引系统。在研发团队的默契合作下,通过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,为工人缓解疲劳。

2008年,张凯临又参与了一个重大项目——海上石油平台溢油在线监控系统研发。他的分工是负责研制一个石油平台适用的激光荧光探头,可以对海表的溢油油膜进行探测和报警。该总体项目完成后,项目组获得了中国海洋学会2012年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,也要保持理论水平上的不断提升。

2009年,张凯临考取博士研究生,从师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。这种辐射计是运用黑体红外辐射理论,在科考船或者其他海上平台部署,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方向研究。

面对全新领域,比起畏难不前,更多的是跃跃欲试。张凯临将自己的科研创新能力与过往累积的经验充分结合,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,我国使用较多的仪器是进口的型号,由于我国近岸的雾霾等污染的影响,进口设备往往水土不服,维护校准周期变得较短,在维护周期内精度下降较快。”张凯临介绍道,“我们研制的辐射计,发明了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,解决了应用方面的难题,并且使用了内置的可溯源的测温仪作为基准原,为数据准确度打下了基础。”

如何评判测量精度?仅凭自己的测试和叙述,说服力当然不足,只有和国际最顶尖的科研团队的仪器横向比较,才能知道仪器的水平到底如何。

2016年6月至7月,张凯临携所研制的辐射计OUCFIRST,参加了于英国国家物理实验室(NPL)举行的2016国际辐射计与黑体标定对比实验(FRM4STS),这次实验有中国、英国、美国、德国、丹麦、澳大利亚等13个研究机构的团队参加比测。

在背对背的室内标准黑体测温实验和湖面测量实验,张凯临各项实验的数据结果均取得了参测设备前两名成绩,外场实验测量结果在同行所有仪器中名列前茅。

这样的结果,无疑是对其自研设备测量精度之高的最好背书。

 

2007年,张凯临(左二)和许振超(左三)在桥吊项目现场。   受访者供图

2016年参加英国联合实验。   受访者供图

扮演好人生的三种角色

科研路上,虽然同时参与多类项目,但对于刚留校就开始参与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发成功后,他又参与了车载可移式激光测风雷达的研发。在2008奥运帆船赛气象保障、神州号飞船回收着陆场的气象保障中,都能看到这台车载雷达的真实贡献。

如果细看张凯临有关雷达的科研道路,可谓参与感满满。

2006年,他作为副课题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,作为结构负责人,他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。激光雷达大课题组研究团队,获得了2022年度国家教育部的科学技术进步奖二等奖。

一项一项成果的累计,正是他科研之路走得越来越远的基石。

突破了这么多难题困境,在科研道路上不断保持前进,从事研发工作二十多载后张凯临开始思索,身为高校科研人员,自己究竟应该扮演何种角色?

回顾过往,他给出了三种坚定而简单的答案:高水平完成好科研项目,培养教育好学生和年轻人,把成果尽量转化到科技市场。

时至今日,张凯临负责和参与的科研项目有30多项,发表论文50多篇,获授权发明专利近20项。共培养硕士生30人,每年课时量120小时以上。实现科研成果知识产权转让一项,有另外两项在洽谈中。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。公司发展得到大学和各级领导的肯定和支持,成为产学研结合成功的优秀范例。

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实践的准则。

 

 


 
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