探秘中国激光雷达系统:房间洁净度需达1000级

发布时间:2015-05-11 16:45:56
探秘中国激光雷达系统:房间洁净度需达1000级

刺破苍穹:探秘北京延庆大气探测激光雷达系统

资料图:北京激光雷达双波长激光光束

访中科院延庆空间环境野外科学观测站

每个晴朗的夜间,居住在北京市八达岭长城北侧延庆大榆树镇一带的居民,总能看见两束美丽的光线从地面直射夜空。

这两束光线平行地从地面发出,点缀着郊区宁静的夜晚。初见此景的人们以为发出光线的地方一定是什么神秘的基地,抑或是娱乐场所。了解门道的附近居民心里清楚,这两束光线来自于中国科学院延庆空间环境野外科学观测站(以下简称延庆观测站),它们是“科学之光”。

近日,记者来到延庆观测站,一探究竟。

汽车行驶了一个多小时,记者随中科院空间科学与应用研究中心工作人员一行到达了延庆观测站。从繁华热闹的都市来到一览无余的郊区,温度竟也下降了两三摄氏度。

延庆观测站位于一所大专院校的一角,与农田野地有一墙之隔。

副站长田大伟告诉《中国科学报》记者,这里无污染、周边环境安静,特别适于开展空间天气探测,“对于我们主要的科学仪器来说,周边没有干扰光源是最重要的”。

在仪器室里,记者见到了观测站的“主角”——中高层大气探测激光雷达系统。

在这个仅有800多平方米的小四合院里,激光雷达“本尊”就占了三个房间。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等部件组成,是国家重大科技基础设施项目“子午工程”的建设项目之一。

观测中高层大气是这台激光雷达的主要任务。由于能够发射双波长光线,它不仅能观测气溶胶,还能观测大气的温度、密度。

“激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,通过准直系统,把光束打到反射镜上,发射到空中,然后由1米口径的望远镜接收空中的回波,通过光接收机把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,再送到显示器。”

子午工程项目办副主任刘正宽对这台激光雷达的原理可谓了如指掌,2009年建设台站时,他在这里连续待了半年多的时间。

在激光发射机的房间,刘正宽告诉记者,这是一个洁净度达到1000级的超净间,“科研人员工作时要穿戴帽子、鞋套等装备,因为哪怕是一根头发都会影响观测数据的准确性”。

科研人员高凤信则告诉记者,他们在激光雷达运行时,都要戴着眼镜才能调试机器,“因为激光对眼睛有一定伤害,一不小心,就可能造成视网膜感光细胞和色素细胞死亡,这种伤害是不可逆转的”。

对于高凤信来说,经过自己双手操作、调试、守护出来的科学数据,最终为研究中高层大气的科研人员所用,会有一种难以言说的满足感。

记者也了解到,通宵值夜班是高凤信与另一名实验员张文震的“家常便饭”,因为易受背景光、环境光的干扰,激光雷达要在夜间才能正常工作。

为了实现观测数据的连续性,只要是晴朗的夜间,激光雷达就要开机。“光学观测的仪器不调会‘跑’,小小的震动就会发生精准度的偏移,因此在开机时需要工作人员实时盯着数据,一发现异常就要及时调试。”

据记者了解,延庆观测站一年能进行150到200天的观测活动,“最长的一次观测持续了一个多星期”。延庆站激光雷达是子午工程五台激光雷达中开机时间最长的一台,而这也意味着科研人员一年里有半年在值夜班。“我国研究中高层大气的科学家以前只能用国外的数据,子午工程建设以后才有了国产的观测数据,其背后是这些野外台站科研人员的艰辛工作。”刘正宽感叹。

即将离开时,记者再度环视延庆站。在白天,这座小四合院是那么的不显眼,可在夜间,这里发出的激光刺破苍穹,犹如科学之光照亮遥远的未知领域。