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张凯临:攀登科研高地创新巧做云梯

来源:轨道式高空作业车    发布时间:2023-12-16 03:58:55
主要规格

  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……

  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,张凯临慢慢的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施。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,在海洋遥感研究所最近一段时间,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。

  虽然对电子电路很熟悉,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。

  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,成为中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,利用多传感器信息融合和计算机视觉技术,明显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点项目——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年海洋科技奖一等奖。

  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,服务于气候平均状态随时间的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造新兴事物的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。

  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,张凯临从来就没与它“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。

  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。

  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小时之后。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,作为初创小组成员参与孵化了“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。