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走近國家最高科學(xué)技術(shù)獎得主
時(shí)間:2024-06-25 14:10:40  來(lái)源:人民網(wǎng)-人民日報  作者:

 

  圖一

  圖二

  測繪遙感學(xué)家李德仁——

  精準測繪大地山河

  本報記者  谷業(yè)凱

  人物小傳

  李德仁,武漢大學(xué)教授,中國科學(xué)院院士、中國工程院院士,測繪遙感學(xué)家。1939年生,江蘇泰州人。1963年畢業(yè)于武漢測繪學(xué)院,1985年獲德國斯圖加特大學(xué)攝影測量與遙感專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位?,F任教育部地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng )新中心主任,是我國高精度高分辨率對地觀(guān)測系統的開(kāi)創(chuàng )者之一。 

  2024年2月3日,“東方慧眼高分01星”通過(guò)捷龍三號遙三運載火箭在廣東陽(yáng)江海域成功發(fā)射。這顆運行在距地520公里的太陽(yáng)同步軌道衛星,搭載高分辨率推掃相機、全自主化在軌智能處理終端,集成北斗短報文和星間實(shí)時(shí)傳輸終端,具備在軌實(shí)時(shí)生成與分析功能,能夠有效提升用戶(hù)獲取遙感信息的速率。

  這是“東方慧眼”智能遙感星座的業(yè)務(wù)首發(fā)星,也是通信、導航、遙感一體化智能遙感衛星系統的一次重要實(shí)踐。“我們希望到2030年,‘東方慧眼’建成由200多顆高分辨率光學(xué)衛星、雷達衛星、高光譜衛星組成的智能遙感星座。”擔任這顆衛星首席科學(xué)家的李德仁(見(jiàn)圖一,新華社記者熊琦攝),向著(zhù)“看得快、看得清、看得準、看得全、看得懂”的目標,不懈努力著(zhù)。

  心系祖國,學(xué)成歸國投身測繪遙感學(xué)科建設

  作為認知地球和環(huán)境的重要技術(shù)手段,測繪遙感為各行各業(yè)發(fā)展提供基礎性、先導性的支撐。但在近40年前,李德仁學(xué)成回國時(shí),受測繪遙感科技水平制約,中國人對地理信息知之甚少,更別說(shuō)利用這座“富礦”為經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展服務(wù)了。

  留學(xué)期間,李德仁已經(jīng)在國際測繪學(xué)界有所成就:他在1982年提出的處理系統誤差的方法,被學(xué)界稱(chēng)為“李德仁方法”;1985年,他在自己的博士論文中解決了誤差可區分性這一測量學(xué)領(lǐng)域的難題。

  盡管收到多家國外科研機構的工作邀請,心系祖國的李德仁卻一一婉拒。1985年2月底,他取得博士學(xué)位,3月初就站在了武漢測繪學(xué)院的講臺上,這里也是他的母校。

  武漢測繪學(xué)院(后更名為武漢測繪科技大學(xué),2000年并入武漢大學(xué))的前身——武漢測量制圖學(xué)院是1955年由國內5所院校的測量專(zhuān)業(yè)集中創(chuàng )建的。但在上世紀80年代,學(xué)院測繪遙感學(xué)科人才面臨斷檔問(wèn)題。

  回國任教后,李德仁干的第一件事就是編寫(xiě)教材。他先后編寫(xiě)了《基礎攝影測量學(xué)》和《解析攝影測量學(xué)》,又依據自己的博士論文編寫(xiě)了《誤差處理與可靠性理論》——后來(lái)作為研究生教材。

  測繪遙感是一門(mén)重視實(shí)踐的學(xué)科,尤其在一些人跡罕至地區的基礎測繪工作,更是實(shí)踐中的難點(diǎn)。為解決實(shí)踐中出現的問(wèn)題,李德仁創(chuàng )新性地提出“把GNSS(全球衛星定位系統)放到飛機上”,運用“GNSS空中三角測量”技術(shù),很快完成了無(wú)需地面控制點(diǎn)的測圖任務(wù)。

  李德仁還指導博士生編寫(xiě)了軟件,有效解決了困難和危險地區測圖的技術(shù)難題,后來(lái)這項成果獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。

  緊跟學(xué)科前沿,推動(dòng)測繪遙感更高水平的智能化

  建立高精度高分辨率對地觀(guān)測體系,離不開(kāi)遙感衛星。本世紀初,我國遙感衛星核心元器件受限、軟件受控,嚴重制約了國產(chǎn)遙感衛星的發(fā)展和應用。

  “當時(shí)的條件下,我們想的是用一流的數學(xué)模型把硬件上的差距補回來(lái)。”李德仁主持設計論證了我國第一顆民用測繪衛星“資源三號”的系統參數,建立了衛星遙感影像的高精度幾何處理技術(shù)體系,大幅提高了衛星遙感影像的自主定位精度。

  李德仁帶領(lǐng)團隊主持設計并建立了衛星地面定標場(chǎng),通過(guò)地面高精度定標場(chǎng)和大規模區域網(wǎng)平差等方法,將“資源三號”衛星影像無(wú)地面控制點(diǎn)的定位精度從300多米提高到3至5米,完成9000多萬(wàn)平方千米的全球1∶5萬(wàn)測圖,開(kāi)創(chuàng )了國產(chǎn)衛星高精度測圖從國內走向全球的新階段。

  2003年,李德仁作為牽頭人,聯(lián)合多位院士專(zhuān)家向國家提出建議:“要把中國的衛星分辨率從原來(lái)的5米、10米,提高到亞米級。”2006年,高分辨率對地觀(guān)測系統重大專(zhuān)項被列入《國家中長(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要(2006—2020年)》,2010年全面啟動(dòng)實(shí)施。

  “我們做測繪遙感的人,始終要堅持自主創(chuàng )新。”李德仁帶領(lǐng)團隊研制了高分辨率衛星遙感地面處理系統。經(jīng)過(guò)10年的建設,高分辨率對地觀(guān)測系統實(shí)現了我國遙感衛星系統的自主可控,相關(guān)成果有力推動(dòng)了新一代國家空間基礎設施建設,為我國航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展做了技術(shù)及人才上的儲備。

  隨著(zhù)新一代信息技術(shù)的加快發(fā)展,測繪遙感技術(shù)與數字經(jīng)濟的耦合協(xié)同效應不斷增強,與經(jīng)濟社會(huì )聯(lián)系日益緊密。“緊跟學(xué)科前沿,不停歇地做中國人自己的產(chǎn)品”,成為李德仁的又一個(gè)目標。多年來(lái),他牽頭研制的地理信息系統軟件、移動(dòng)測量系統等高科技產(chǎn)品,不僅實(shí)現了技術(shù)國產(chǎn)化,還成功走向市場(chǎng)。

  “東方慧眼”智能遙感星座項目建設也在穩步推進(jìn)中。“我們要努力實(shí)現測繪遙感更高水平的智能化,推動(dòng)天上的通信、導航、遙感衛星一體化組網(wǎng),讓天上有對地觀(guān)測的‘慧眼’和‘大腦’,讓空天信息更好服務(wù)經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展。”李德仁說(shuō)。

  扎根三尺講臺,為年輕人的發(fā)展創(chuàng )造更多可能性

  一生投身測繪遙感事業(yè),既出于對事業(yè)的孜孜追求,也源自對腳下這片土地的熱愛(ài)。

  2014年,李德仁和夫人朱宜萱兩人到塔克拉瑪干沙漠西南邊緣的新疆維吾爾自治區麥蓋提縣參加學(xué)術(shù)活動(dòng),被當地干部群眾治沙造林的精神感動(dòng)。此后10年間,他們兩個(gè)人發(fā)起義務(wù)植樹(shù)活動(dòng),19批志愿者積極投身其中,種下了數萬(wàn)株苗木。

  “我們讓學(xué)生每年做一次麥蓋提縣的遙感圖,能夠真切地觀(guān)察、感受到隨著(zhù)植樹(shù)面積增長(cháng),當地的生態(tài)環(huán)境越來(lái)越好。”朱宜萱說(shuō)。

  十年樹(shù)木,百年樹(shù)人。“龔健雅院士在做中國的數字地球模型、國產(chǎn)地理信息系統;楊必勝三維建模做得很好,他用無(wú)人機做碳排放、碳吸收的研究非常精準;我還有個(gè)研究生正在用人工智能技術(shù),在大量遙感數據中自動(dòng)解譯目標……”講起自己學(xué)生手頭上的工作,李德仁如數家珍。

  在所有身份中,李德仁最看重的是教師,最看重的事情則是上課?!稖y繪學(xué)概論》這門(mén)課是始自1997年9月、面向本科新生的基礎課,7位院士先后加入教學(xué)團隊,一講就是20多年。

  在學(xué)生們眼中,李德仁很會(huì )“賣(mài)關(guān)子”:“把攝像機放到飛機上進(jìn)行測量,會(huì )出現什么問(wèn)題?如果放到衛星上呢?”提問(wèn)漸次深入,課堂氛圍更加活躍,他便順勢引入講課重點(diǎn),“學(xué)問(wèn)就藏在課堂內容里,請看攝影測量……”

  2022年,在李德仁的推動(dòng)下,武漢大學(xué)聯(lián)合國內10多所高校共同論證遙感科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科建設。目前,全國已有300多所大學(xué)開(kāi)設了測繪遙感地理信息專(zhuān)業(yè)。

  “未來(lái)要靠年輕人,他們在研究上超過(guò)我們,我們非常高興。”李德仁說(shuō),“作為高校教師,我們要把教育辦好,把科技搞上去,還要把人才培養好,為年輕人的發(fā)展創(chuàng )造更多可能性。”

 

  實(shí)驗物理學(xué)家薛其坤——

  在物理學(xué)前沿長(cháng)跑

  本報記者  喻思南

  人物小傳

  薛其坤,清華大學(xué)教授,中國科學(xué)院院士、實(shí)驗物理學(xué)家。1963年生,山東蒙陰人。1984年在山東大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位,1994年在中國科學(xué)院物理研究所獲得博士學(xué)位。先后在中國科學(xué)院物理研究所、清華大學(xué)、南方科技大學(xué)工作,是改革開(kāi)放后我國成長(cháng)起來(lái)的杰出科學(xué)家之一。 

  早上7點(diǎn)到實(shí)驗室、晚上11點(diǎn)離開(kāi),這樣的作息,薛其坤(見(jiàn)圖二,清華大學(xué)供圖)雷打不動(dòng)堅持了30多年。

  薛其坤的研究領(lǐng)域是凝聚態(tài)物理,是研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)與微觀(guān)結構以及它們之間的關(guān)系的學(xué)科,是當今物理學(xué)最大也是最重要的分支學(xué)科之一。在這一領(lǐng)域,薛其坤率領(lǐng)團隊不斷突破,創(chuàng )造性地發(fā)展了一系列國際通用的實(shí)驗技術(shù),取得量子反?;魻栃?、界面高溫超導等原創(chuàng )性科學(xué)發(fā)現。

  不斷攀登高峰,動(dòng)力何來(lái)?“對科學(xué)研究的熱情與執著(zhù),對推進(jìn)國家科技進(jìn)步的責任和信念,促使我努力向前。”薛其坤說(shuō)。

  “不跟風(fēng),專(zhuān)注于做‘從0到1’的研究”

  “不跟風(fēng),專(zhuān)注于做‘從0到1’的研究”,這是薛其坤的合作者和學(xué)生對他科研態(tài)度的評價(jià)。

  量子反?;魻栃且粋€(gè)新領(lǐng)域,在推動(dòng)新一代低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展上應用前景很大,成為全球凝聚態(tài)物理學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

  從2009年起,薛其坤帶領(lǐng)團隊,對量子反?;魻栃膶?shí)驗發(fā)起沖擊。雖然團隊前期完成了很好的基礎性工作,但量子反?;魻栃霈F的實(shí)驗條件非??量?。能否找到合適的材料,在這種材料中又能不能觀(guān)測到量子反?;魻栃?,一切都是未知數。

  認準這座科研高峰,薛其坤義無(wú)反顧地去攀登。

  先后生長(cháng)測量了1000多個(gè)樣品、一步步提高樣品質(zhì)量,2012年底,薛其坤團隊終于成功在實(shí)驗中觀(guān)測到量子反?;魻栃?。這是在反?;魻栃岢?31年后,人類(lèi)首次觀(guān)測到反?;魻栃牧孔踊?。2013年,該成果在《科學(xué)》雜志上發(fā)表,被審稿人評價(jià)為“凝聚態(tài)物理界一項里程碑式的工作”。

  在認知范圍內,挑戰最有價(jià)值的研究,貫穿薛其坤做科研的始終。

  2005年到清華大學(xué)工作,薛其坤瞄準長(cháng)期困擾物理學(xué)界的難題——高溫超導。這一探索就是8個(gè)年頭。2012年,他帶領(lǐng)團隊發(fā)現了單層鐵硒與鈦酸鍶襯底結合而產(chǎn)生的界面高溫超導。該發(fā)現挑戰主流共識,增進(jìn)了科學(xué)界對超導材料的認識,國際超導界開(kāi)展大量追蹤研究。這是高溫超導領(lǐng)域,我國科學(xué)家開(kāi)辟的全新研究方向。

  薛其坤并未止步。2017年,團隊將量子反?;魻栃^(guān)測溫度提高了一個(gè)數量級,并首次實(shí)現量子反?;魻栃鄬咏Y構;2018年,團隊與合作者首次發(fā)現一種內稟磁性拓撲絕緣體,開(kāi)啟了國際上又一個(gè)熱點(diǎn)研究方向……

  今天,沿著(zhù)量子反?;魻栃约跋嚓P(guān)量子態(tài)的應用研究、高溫超導機理研究?jì)蓚€(gè)方向,薛其坤團隊正開(kāi)展新一輪攻關(guān)。“這是國際凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最關(guān)注的研究方向,我們要努力站在世界前沿。”薛其坤說(shuō)。

  “夜深人靜時(shí),與論文、數據打交道,那種感覺(jué)很純粹、很幸福”

  理論物理學(xué)家的預言對不對,往往需要實(shí)驗物理學(xué)家長(cháng)時(shí)間去驗證。

  做量子反?;魻栃獙?shí)驗,薛其坤團隊用來(lái)實(shí)驗的樣品,僅有5納米厚,制備每一個(gè)都非常不易。這樣的樣品,4年中,他們做了1000多個(gè)。

  實(shí)驗失敗是家常便飯。每次失敗后,薛其坤就會(huì )再次帶領(lǐng)團隊優(yōu)化樣品、改進(jìn)方法。再失敗、再優(yōu)化、再改進(jìn),一路上“循環(huán)往復”,直至實(shí)驗成功。

  2012年初,從理論上看,團隊似乎解決了所有能想到的問(wèn)題,然而,量子反?;魻栃膶?shí)驗結果離最終的成功還非常遙遠。團隊成員、清華大學(xué)物理系教授何珂回憶,那段時(shí)間大家壓力很大,“擔心研究就此停滯不前”。

  關(guān)鍵時(shí)刻,薛其坤給團隊打氣。他常用自己“做針尖”的故事鼓勵團隊。攻讀碩士期間,薛其坤用到的實(shí)驗儀器是場(chǎng)離子顯微鏡,樣品是金屬針尖。他在導師的嚴格監督下,每天至少要試做3個(gè)針尖,兩年做了1000多個(gè)針尖。其間雖沒(méi)有發(fā)表任何文章,但熟練掌握的實(shí)驗技術(shù),對后續工作幫助很大。在薛其坤的鼓舞下,團隊經(jīng)過(guò)一輪輪沖刺,最終實(shí)現了技術(shù)突破。

  薛其坤身上這股子韌勁從何而來(lái)?薛其坤說(shuō),自己生長(cháng)于山東蒙陰縣的山村,是沂蒙山里出來(lái)的孩子,不怕挫折,“皮實(shí)”。自己打小就想當科學(xué)家,一路追夢(mèng),也遇到不少挫折。經(jīng)歷了3次考研,直到1987年,薛其坤才考上研究生,進(jìn)入中國科學(xué)院物理研究所凝聚態(tài)物理專(zhuān)業(yè)學(xué)習。

  在實(shí)驗室,日復一日觀(guān)察樣品、整理數據,薛其坤不以為苦,而以此為快樂(lè )和享受。薛其坤說(shuō),“每當實(shí)現重大突破的時(shí)候,那種滿(mǎn)足感是其他事情很難替代的。”也正是這種滿(mǎn)足感,鼓舞著(zhù)他在物理學(xué)前沿持續長(cháng)跑。

  如今,薛其坤有了更多身份。2013年起擔任清華大學(xué)副校長(cháng),2020年起任南方科技大學(xué)黨委副書(shū)記、校長(cháng)……身兼科學(xué)研究、人才培養、行政管理等多項職責,無(wú)論角色怎么變,他對科研的極致追求沒(méi)有變。“夜深人靜時(shí),與論文、數據打交道,那種感覺(jué)很純粹、很幸福。”薛其坤說(shuō)。

  “中國人要有學(xué)術(shù)自信,要敢于去挑戰重大科學(xué)難題”

  實(shí)現量子反?;魻栃?,材料需要既具備磁性又是絕緣體,由于磁體通常為導體,這是一個(gè)自相矛盾的要求。

  說(shuō)來(lái)也巧,在清華大學(xué)物理系教授王亞愚眼中,一些看似矛盾的地方,也完美融合在薛其坤身上。

  薛其坤對學(xué)生和藹親切,他會(huì )給實(shí)驗室學(xué)生帶夜宵,與學(xué)生們打成一片;看到學(xué)生在實(shí)驗操作上有一點(diǎn)馬虎,他又會(huì )嚴厲批評,嚴肅告誡學(xué)生“做實(shí)驗必須專(zhuān)心致志”。

  薛其坤身上有中國人傳統的一面,但作為科學(xué)家的他卻處處求“新”。王亞愚回憶,對待研究,薛其坤倡導獨立思考,對與主流學(xué)術(shù)認識不一致的觀(guān)點(diǎn)很有興致,像一位“攪局者”,總希望給科研帶來(lái)一些意外。

  而說(shuō)起功勞,薛其坤總強調,現代科學(xué)研究是團隊合作的結晶,沒(méi)有多個(gè)優(yōu)秀實(shí)驗團隊緊密高效合作,不可能有量子反?;魻栃戎卮笤瓌?chuàng )突破。

  薛其坤非??粗貙W(xué)生的培養。清華大學(xué)物理系教授肖志剛說(shuō),碰到寫(xiě)文章不太認真的學(xué)生,薛老師會(huì )要求學(xué)生反復修改論文,且每一個(gè)版本都發(fā)給他,他會(huì )一一對照其中的差別;學(xué)生科研遇到困難,他又會(huì )及時(shí)鼓勵,并給他們送去指導。這些年來(lái),薛其坤率領(lǐng)的團隊成員或培養的學(xué)生中有1人當選中國科學(xué)院院士,30余人次入選國家級人才計劃。

  憑借在量子反?;魻栃矫娴膭?chuàng )新突破,2023年10月,美國物理學(xué)會(huì )宣布,薛其坤獲得奧利弗·巴克利獎。自1953年授獎以來(lái),這項國際凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的最高獎,首次頒發(fā)給中國籍物理學(xué)家。此前,薛其坤已作為第一完成人榮獲2018年度國家自然科學(xué)獎一等獎,并獲得國際低溫物理最高獎——菲列茲·倫敦獎。像這樣有分量的榮譽(yù),薛其坤還有不少。

  “中國人要有學(xué)術(shù)自信,要敢于去挑戰重大科學(xué)難題。”在薛其坤看來(lái),解決重大科學(xué)難題、關(guān)鍵技術(shù)難題,是中國科學(xué)真正走向世界的標志,“我將盡己所能,作出更多的貢獻。”

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