——记空间微波技术国家级重点实验室常务副主任李小军及其团队

吕腾波

 

题记：

2000多年前，我国第一位浪漫主义诗人屈原写下长诗《天问》，开篇就问天地、日月、星辰的来源。此后斗转星移，人们对于宇宙苍穹的好奇心从未停止。1970年，我国第一颗人造卫星“东方红一号”成功发射，正式开启了国人探索外太空的漫漫征程。

 

半个多世纪以来，“两弹一星”工程、载人航天工程、探月工程、北斗工程、火星探测工程……中国航天事业从无到有、由弱到强，一代代中国航天人将梦想化作现实。他们一步一个脚印，一棒接着一棒，埋头苦干，奋力拼搏，不断刷新着中国高度，创造着中国奇迹，空间微波技术国家级重点实验室常务副主任李小军及其团队就是其中的一分子。

 

领跑有效载荷新技术

 

1957年10月4日，苏联发射了世界上第一个航天器“人造地球卫星1号”。航天器的出现，使人类的活动范围从地球大气层扩大到广阔无垠的宇宙空间，引起了人类认识自然和改造自然能力的飞跃，对社会经济和社会生活产生了重大影响。李小军告诉记者，有效载荷是航天器的重要组成部分，承载了航天器的主要任务和功能。

2004年，博士毕业的李小军入职中国航天科技集团有限公司第五研究院西安分院（原西安航天504所，以下简称“西安分院”），自此与航天器有效载荷结下不解之缘。这家1965年正式建所的科研机构，是我国空间飞行器有效载荷和卫星应用电子系统与设备研制、生产的核心单位，也是国内最强、具有国际竞争力的空间飞行器有效载荷研制和产业化基地之一。

作为中国航天科技的中坚力量，西安分院代表着我国通信卫星技术发展的国家水平，是我国卫星导航系统建设的主力军和卫星遥感技术领域的领跑者，也是我国地面、海上、天基测控技术领域和星间链路技术领域的开拓者和星载天线、空间数据传输系统、空间微波产品研制的核心力量。50多年来，西安分院先后参与了自“东方红一号”卫星开始的我国历次航天重大活动，成功参与发射了300多颗（艘）星船，为我国“两弹一星”工程、载人航天工程、探月工程、北斗卫星导航工程、火星探测工程等国家重大航天工程研制了重要关键产品，为我国航天事业、国防建设和国民经济建设作出了重大贡献。

“这里也是航天精神的重要发源地和忠诚践行者、传承者、弘扬者。”李小军告诉记者，刚到单位不久，他就被调到空间微波技术国家级重点实验室，从事空间微波技术的基础研究工作。“这里虽然条件比较艰苦，但是科研氛围特别好。”他回忆说，当时经常要做外场实验，连续几天的不眠不休，让他真正体会到了航天人“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的航天精神。

“实验室依托于西安分院，1995年3月立项建设，1997年11月正式运行，主要面向我国航天器有效载荷技术的发展需要，瞄准空间微波技术领域前沿，围绕空间微波通信转发、空间微波遥感、空间微波实时高速数传等研究方向开展具有探索性和创新性的新概念、新方法、新技术研究。”李小军说，在实验室工作的这段时间，为他打下了坚实的基础，而老前辈甘为人梯、奖掖后学的精神也深深影响了他此后的科研人生。“实验室是我国空间微波技术领域自主创新、人才培养、开放交流、合作与科学实验的重要研究基地。可以说，它引领着我国空间微波技术的发展，在推动我国空间有效载荷系统能力不断提升方面发挥着不可替代的作用。”

“我们一直坚持把基础研究做扎实，并将基础研究成果转化为工程应用，这也是做基础研究的最终目标。”他回忆说，一线研制工作经历，养成了他的团结协作和全局意识，让他在以后的工作中能全面看待问题。2013年起，李小军及其前沿团队一起努力攻关，在空间微波光子技术、空间无线能量传输、空间毫米波一体化集成、空间光频梳技术领域不断取得成果，逐步将实验室打造成了有效载荷新技术领域的领跑者。

“科技发展一日千里，必须时刻保持敏锐的前沿触觉。”宽带通信卫星作为空天地一体化网络的核心骨干节点，对通信容量和灵活性提出了越来越高的要求。微波光子技术具有超大带宽、信息多维度处理、抗干扰能力强等技术优势，在宽带通信卫星中具有重要的应用前景。李小军、谭庆贵等带领团队面向我国空间信息网和空天地一体化网络发展需求，在技术方向、课题申报、团队建设和国际合作等方面统筹规划，积极开展微波光子宽带通信卫星系统方案设计、关键技术攻关和成果转化等研究工作，架起了微波通信与光子处理的桥梁。

团队承担了民用航天、天军支撑、国家“863”、航天支撑等项目20余项，开展了微波光子阵列变频、微波光子信道化、微波光子交换转发等技术攻关，建立了完备的微波光子软件仿真与试验验证平台，为微波光子技术星载应用奠定坚实研究基础。2020年结题的星载微波光子柔性交换转发项目，经中国航天科技集团公司鉴定，其信道化和柔性交换转发性能指标达到国际先进水平，推动了卫星通信技术的新发展。

 

打破太赫兹通信瓶颈

 

2021年，我国科学家率先突破太赫兹高精度自适应捕获跟踪技术的消息入选了年度科技领域“十大新闻”，并在业内引发热议。由于太赫兹高精度自适应捕获跟踪技术难度大，在此之前，窄波束条件下高精度自适应捕获跟踪这一世界性技术难题还没有人能够破解，严重制约了太赫兹通信技术的应用。最终完成这一历史性跨越的，正是李小军、朱忠博团队。

“太赫兹通信具有速率高、带宽大、安全性强的特点，在空间高速率数据传输和下一代移动通信中技术优势突出，成为近年来国内外通信领域研究热点之一。”李小军告诉记者，太赫兹技术之所以引起科学界广泛的关注，是由于太赫兹波频率上要高于微波，低于光波，能量大小则在电子和光子之间，与其他频率的电磁波相比，具有高穿透性、低能量性、瞬态性等许多独特性能优势。正是因为这些特殊性能，让太赫兹技术给通信、雷达、电子对抗等领域带来了深远的影响，其广袤的科学前景为世界所公认，被誉为“改变未来世界的十大技术”之一。

“事实上，早在2005年第270次香山会议后，我国太赫兹技术研究就掀起热潮。”谈及太赫兹技术的发展历程，李小军同样如数家珍。他告诉记者，随着对太赫兹价值认识的不断深入，各国纷纷加快了针对这一波段的探索。太赫兹技术在美国得到了很大的重视和发展，2006年被列为国防重点科学，目前美国有多个研究机构正在积极发展此项技术。在欧洲，政府和企业围绕太赫兹技术的广泛应用，加强产学研合作的研发日益活跃。2005年1月，日本政府把太赫兹技术确立为十年内重点开发的“国家支柱技术十大重点战略目标”之首，其标志性成果是2006年研制出的1500米太赫兹无线通信演示系统，完成世界首例太赫兹通信演示。

“从2005年开始，国家连续部署太赫兹技术攻关课题，力争在新技术领域弯道超车，实现新技术跨越式发展。”李小军介绍说，随着科学技术的不断发展，太赫兹技术领域的新理论、新现象、新方法和新应用层出不穷。经过不懈的努力，我国也已经在太赫兹技术这一“真空地带”有所建树，“我们要保持高度的紧迫感和责任感，努力推动太赫兹技术及其应用更进一步的发展，在这一重要战略前沿领域占据制高点和主动权”。

面向空间高速数据传输对新技术的迫切需求，李小军提出了在空间领域优先发展全电子学太赫兹通信技术，快速推进应用，后期介入光电联合的超高速太赫兹通信技术的发展战略。他带领前沿技术团队太赫兹通信课题组，围绕空间太赫兹载荷应用，提前部署、大力投入，针对太赫兹通信技术空间应用基础问题开展专项攻关，形成了一系列的创新成果，关键指标达到了国际先进水平。

“频谱资源是构建全球信息技术、科技创新和经济发展竞争新优势的关键战略资源，并以其稀缺性日益成为新形势下国际博弈和竞争的战略热点。”2021年，团队研制的太赫兹高精度自适应跟瞄系统在多次地面动态试验过程中，系统运行稳定、性能优越，解决了窄波束条件下高精度自适应捕获跟踪这一世界性技术难题。他们成功研制的220GHz频段太赫兹高精度自适应捕跟系统，为国际首次机载飞行平台220GHz频段千米级无线通信系统验证提供了核心技术保障。这些成果，为我国太赫兹技术发展奠定了坚实基础，让太赫兹通信实现了从地面静态节点到空中动态节点的里程碑式跨越，并将极大推动空间太赫兹通信及移动通信商业化的快速发展。

这些年的科研历程让李小军感触良多：“这些技术没有哪个是可以直接拿来用的，必须带领团队进行攻关，科研创新没有捷径，必须脚踏实地，踏踏实实去做。”也正是这样脚踏实地攻坚克难的精神，帮他们铺就了叩问苍穹的阶梯。

 

基础和应用有机结合

 

“成就代表过去，未来任重道远。”作为前沿技术团队的领头雁，如今，李小军带领团队不懈奋斗，其研究涉及空间信息获取及传输领域的关键前沿技术。作为前沿技术团队的带头人，李小军时刻关注领域内最新科研技术发展动态，面向国家需求，带领团队成员攻坚克难，不断创新，取得了丰硕的成果。

“微波能量传输颠覆了传统的电缆电力传输模式，突破了传输路径限制，拓展了电磁波新的应用领域。”面向我国双碳工作发展目标，李小军、董士伟等团队成员围绕空间太阳能电站应用，专注微波能量传输技术发展，在微波能量传输系统理论、有源集成微波能量发射阵列、非均匀序整流表面、简约化高精度反向波束控制等方向开展细致深入的研究，形成了一系列创新成果。2021年，团队研制了全功能微波能量传输试验系统，全面验证了上述理论和设计方法研究，指向精度和整流效率等指标达到国际同等水平，这些研究成果持续受到国际同行的关注和广泛好评。

此外，面向未来卫星技术发展需求和我国航天技术的发展实际，李小军、李韵等梳理形成空间毫米波一体化集成新技术方向，涉及电磁场微波、材料学、微纳工艺、增材制造、计算电磁学、自动化工程等多学科交叉，是空间微波技术的重要发展方向和核心前沿技术。

受限于我国现有毫米波工艺和国外航天工业在相关方面的钳制，发展适用于现有工艺水平的、具有自主创新科技能力的毫米波一体化集成技术，成为前沿技术团队发展的重要方向，将为下一代卫星技术发展和多项国家重点研究项目的顺利实施提供必要的技术支撑。李小军与团队多位技术人员一起，从一开始就制定了“自主研制多频段多功能高性能空间毫米波一体化集成技术”的远期目标，面向卫星实际应用需求，在关键频段进行前期布局，开展创新研究工作。目前，团队已获得中国航天科技集团研发项目支持，开展技术验证工作，为打造高集成、高可靠的空间毫米波集成前端而攻坚克难，力争实现2023年的近期研究目标。后续将持续突破，辐射形成毫米波一体化集成前端、空间集成技术、一体化集成多物理场仿真等核心技术群，为我国卫星研制持续提供核心理论和关键技术支撑。

在前沿载荷技术研究领域深耕细作多年，李小军积累了深厚扎实的专业知识。同时，他也敢于向交叉领域横跨，解决科研中遇到的难题。

光学频率梳技术是激光技术领域的一项重大革新。2005年，两位科学家因对光频梳技术的开创性工作而获得了当年的诺贝尔物理学奖，2018年国际计量大会上，国际单位制的7个基本单位全部基于光频梳技术进行了重新定义。这是SI基本单位采用实物基准的历史性变革，是人类科学发展进程中的一座里程碑。在这一技术发展的短短几十年间，它已成为迄今为止最有效的进行绝对光学测量的工具，可将铯原子微波频标与光频标准确而简单地联系起来，这为发展高分辨率、高精度、高准确性的频率标准提供了载体。因此，光频梳技术已被广泛地应用于光学频率精密测量、精密光谱、天文物理、量子操控、阿秒科学等精密测量领域。

基础研究注重科学解释世界，应用研究注重运用研究成果积极改变世界。在李小军看来，如果能把基础研究和应用研究有机结合起来，以基础研究的底蕴支撑应用研究创新，以应用研究的活力促进基础研究深化，那将是最好的状态。在做基础研究的过程中，他敏锐地发现，光频梳技术在空间应用方面目前仍是一片空白，但如果这项技术能在空间光通信、卫星遥感、导航定位、深空探测等航天应用领域中应用，将具有开拓性的应用前景和颠覆性的发展潜力。从2018年开始，他带领团队开展了面向空间应用的光频梳技术的发展布局。利用空间微波技术国家级重点实验室和西安分院博士后流动站这两个平台，分别在国家自然科学基金、装备发展预研基金以及科工局稳定支持基金项目方面展开了光频梳波前检测、光频梳稳定性基础科学问题、光频梳精密测距、光频梳测速测距一体化，以及天线面形检测等一系列递推式研发布局。

李小军与葛锦蔓还率先制定了“1+4+X”的科研发展战略布局，即“1”个前沿技术（光频梳技术）、“4”个载荷空间应用方向（导航、通信、雷达、空间精密测量）、“X”个科研平台（如光频梳波前检测平台、光频梳测距平台等），充分发挥重点实验室的技术创新引领作用，构建基础科研与工程应用相辅相成的科研发展蓝图，继续探索新兴实用型光频梳光源，并深入挖掘光频梳在频标基准、时频分发、空间激光通信、微波相控雷达、天线测量、空间探测等方面的空间应用潜力。未来已来，朝着新的目标，他带领团队继续奔跑向前。

 

人才建设是创新根本

 

科技创新，人才为本。李小军深知人才对于科技创新的重要性，他非常重视培养创新型人才和创新型团队，也对年轻科研工作者充满了期望。

“人才是创新的根本，年轻人是祖国的未来。”他说，我国的航天事业不断前行，将来的太阳系探测以及走出太阳系，要靠一代一代的航天人坚守下去。正是有了年轻科研工作者的不断加入，航天事业的发展才会有无限光明的前景。他鼓励年轻人要克服孤独和畏难情绪，“在任何一个领域，只有长期坚持下去才能够出成果，才能够有所收获。所以，一定要永远心怀梦想，永远努力向前”。

在日常的工作中，李小军以身作则，潜移默化地影响着身边的同事们。他鼓励团队里的科研人员调研新方向、新进展，让科研团队中的每位成员及时了解本学科的最新进展和国际前沿，促进科研团队学习新知识，把培养人才和创新科研相结合，使团队成员在保持自身活力的同时将航天精神的优良传统继承并发扬。

“思想的碰撞是会成倍升值的。”李小军非常重视学术交流和协作，“科研工作者一定要懂得团队协作的重要性。”由他大力打造的学术交流平台，已经坚持10年，共举办了200多期论坛，在推动实验室的良性发展中发挥了重要作用。实验室大力营造学习型团队氛围，鼓励研究人员攻读博士学位、出国进修、参加海外联合培训、参加各类国内外会议及高水平培训，让研究人员走出去、开阔眼界。同时鼓励研究人员以技术前沿和工程需求为核心，积极争取国家科研项目，把本领域专业知识最大限度转化为推动课题立项与研究的科研创新能力。

“我们就是上一代航天人培养起来的，必须继续为党和国家培养更多航天人才。”李小军非常注重对航天人才的培养，这也源于老一辈航天人的精神传承。直到今天，他依然清晰记得自己刚入职时，老一辈科研工作者手把手地言传身教和毫无保留地倾囊相授。习近平总书记说：“伟大事业始于梦想、基于创新、成于实干。”李小军认为，今天坚持大力发扬航天精神，就是要发扬老一辈航天人“苦干惊天动地事，甘做隐姓埋名人”的无私奉献精神，树立“团结拼搏、争创一流”的坚定信念。

近年来，重点实验室在人才培养方面取得了不俗的成绩：培养了国家青年拔尖、陕西省特支计划科技创新领军等省部级人才，多人次获得中国航天科技集团青年拔尖人才和五院杰出青年的荣誉称号等；在国际学术会议上开展百余次交流，获得业内学者的高度评价……

“在重点实验室建设之初，国家对我们的定位就是应用基础和前沿基础研究。”李小军告诉记者，除了前沿技术研究方向，实验室还承载着卫星通信、卫星遥感等传统技术领域的科研项目，为卫星有效载荷的未来发展提供了有力的技术支撑。

追逐探索浩瀚宇宙是中华民族千年的梦想，建造空间站是几代中国航天人的夙愿。“未来，我们会继续努力，向建设国内一流国际领先的实验室这个目标继续努力。”李小军说，如今，技术迭代速度太快，“今年的前沿技术可能明年就已经落伍了”，“作为一个国家级的实验室，不能仅仅埋头研究技术，而是应该打造一个国际交流的学术平台，真正发挥出开放性、接纳性的平台效应，这才是实验室未来发展的方向。”仰望星空，脚踏实地，李小军及其团队期待着他们能像众多中国航天科技工作者前辈那样用实力诠释未来可期。

（责编：关弋）

 

团队专家介绍：

 

李小军，空间微波技术国家级重点实验室常务副主任、研究员；西安市红外与激光学会常务理事、中国通信学会高级会员、中国电子学会高级会员；陕西省“特支计划”科技创新领军人才。长期从事卫星通信、星载智能处理、卫星遥感等前沿载荷技术研究，曾负责完成国家某重大航天任务，负责装备发展部、国防科工局、国家自然科学基金委、中国航天科技集团公司等预研项目40余项；发表学术论文60余篇，出版专著4部，申报授权国家专利近百项。

李韵，博士，研究员，国家中组部青年拔尖人才，陕西省“特支计划”青年拔尖人才，长期从事卫星前端一体化集成与空间适应性智能仿真研究工作。

葛锦蔓，博士/博士后，高级工程师，陕西省“秦创原”高层次引进创新创业人才，主要从事空间光通信、航天光子学、光学精密测量领域的研究工作。

董士伟，博士，研究员，国际宇航科学院（IAA）空间太阳能常设委员会委员，IEEE高级会员，长期从事微波无线能量传输理论与技术研究。

朱忠博，研究员，硕士生导师，中国空间技术研究院杰出青年，中国电子学会高级会员，青年科学家俱乐部成员，长期从事空间太赫兹通信技术研究工作。

谭庆贵，博士，研究员，长期从事空间微波光子、卫星相干光通信、光学相控阵天线和星载光信息灵活处理等研究工作。