方家熊院士：卫星遥感技术民用化 促进国产光谱仪发展——访中科院上海技术物理研究所方家熊院士

　　方家熊院士是我国光传感技术领域的领军人物，2001年当选为中国工程院院士，现任中国科学院上海技术物理研究所研究员、副总工程师，兼任传感技术国家重点实验室学术委员会主任、中国光学学会红外与光电器件委员会主任。

　　方家熊院士历年来从事中、长波红外传感器、紫外传感器、短波红外传感器等半导体传感器的研究开发。其主持开发的多种传感器成功应用于“风云1号”、“风云2号”气象卫星，“神舟3号”航天飞船等，相关成果获6项国家科技进步奖，为我国航天红外遥感解决了重大关键技术问题，开拓了中国航天遥感用红外传感器技术。

中国科学院上海技术物理研究所 方家熊院士

　　近日，仪器信息网编辑专访了方家熊院士，方家熊院士系统介绍了航天遥感用红外传感器技术民用化研究的最新进展并对目前我国分析仪器行业发展存在的问题发表了见解。

航天红外遥感技术在民用领域发展前景广阔

　　“我们原来一直在研究航天红外遥感技术，并未涉及民用近红外光谱仪领域。而现在中国科学院上海技术物理研究所开始全面涉足红外多光谱技术的研究。”方家熊院士说道。

　　“为什么我们会对航天红外遥感技术民用化感兴趣?”

　　方家熊院士首先介绍了他和他的同事们由原来研制航天红外传感器转向民用近红外光谱仪器技术研究的相关背景。

　　2006年，我们参加了第一届全国近红外光谱学术会议，获得了一个有用的信息：一些仪器公司在生产小型光谱仪器时，一些关键的器件国内没有，都是向国外公司购买。对此我们进行了调研，结果发现，近10年来科技部等部委通过各个渠道支持了很多研制小型、微型近红外光谱仪项目。但这些项目研制出的仪器其核心部件都采用了国外的，并且，这些仪器完成后并没有产业化。

　　事实上，上面所说的核心部件正好是四年前我们为航天应用研发的“铟镓砷近红外焦平面”，仪器就缺这个器件，用户很迫切，而我们又能够生产这个核心部件，那么，我们应该在这方面做一点事情了。

　　另外，将航天红外遥感技术民用化还有一个大的背景：国家明确提出逐步转变经济发展方式，其中，希望中国科学院不光是研究一些“大”科学，像发展航天技术等重大科研项目以及发表科技文章，还要为工业、农业、医学等各领域做“一些”具体事情，为国民经济发展贡献力量。

　　在这个指导思想下，中国科学院有两个“大部署”：一是创办新所，这个新所要和地方政府联合创办，其目的很明确，不仅要研究尖端技术，更要为地方的经济发展做一些有用的事情；二是一些老所办分所，分所的研究领域要与地方经济发展特色相结合。中国科学院各个所都在“动”，我们所也在努力。例如，我们所办了两个分部，一个常州分所;另一个嘉定分部正在建设中。

　　航天仪器技术转向民用：重点在于研发低成本技术

　　中国航天遥感用红外传感器技术，毋庸置疑是先进的、高水平的。但航天仪器技术应用到民用领域，需要突破哪些“瓶颈”呢?针对这一问题，方家熊院士谈到：

　　将一些航天仪器技术转向民用有许多需要再研发的地方，以近红外光谱为例，近红外光谱技术发展是以应用为驱动的，所以，我们在2008年就开始和“外面”联系。其中，一位是江苏大学的陈斌教授，他研究的领域主要是食品工业，自己也研制一些近红外光谱仪器分析软件和硬件。另外一位是浙江大学的龚淑英教授，她研究的领域主要是茶叶质量评价。两位教授都是从事应用研究的，他们对近红外光谱仪的要求是小型化、可靠、便宜。

　　说实话，研制符合这三个要求的近红外光谱仪的难度不比研制航天仪器低。航天仪器也要求小型、可靠以及低功耗，但对成本没有过多要求。小型、微型近红外光谱仪器在工业、农业、医学等各方面的应用范围非常广泛，但是现在一般一台仪器需要几十万，如果是野外使用的常常需要上百万，所以迫切要求降低成本。

　　然而，对我们来说，“便宜”不是通常认为的扩大生产规模来降低成本，而是要研发低成本技术。例如，原来在航天仪器中使用铂金、黄金材料，现在转向民用需要使用铝等普通金属材料，成本降低的同时要保证相应的性能也能满足使用要求。低成本技术要求从原理上、基础上研究，进而带动基础技术研究。而且，这些相关课题的提出是我们从应用中移植过来的，不是跟踪国际先进技术，完全是我们自创的。

　　成立“组件应用技术研究组”：已完成微型近红外光谱仪原理样机

　　2009年的时候，方家熊院士团队专门成立了一个研究组——组件应用技术研究组，研究组的近期发展目标是建立三个设计平台、三个测试平台，还要研制出微型近红外光谱仪。

　　其中，设计平台分别是大规模电路设计平台、工艺设计平台、可靠性设计平台；测试平台分别是红外器件MTF(调制传递函数)测试平台、小型光谱仪参数测试平台、短波红外焦平面参数测试平台。这些设计平台、测试平台属于应用基础技术，主要是为了我们的“铟镓砷近红外焦平面”器件能在近红外光谱仪中得到很好应用，通过发现问题、解决问题，不断提高器件性能、降低成本，也为航天应用中的器件问题的解决提供了新手段。

　　目前，我们已经完成了近红外光谱仪的原理样机，正在测试“铟镓砷近红外焦平面”器件的应用效果。同时，我们也搭建了MTF测试系统，现阶段主要测试“铟镓砷近红外焦平面”的传递函数，目标是找出传递函数与器件的设计、加工、物理机理之间的关系，将器件本身搞清楚，以提高器件的传递函数。MTF测试系统项目就是我们从应用中提炼出来的基础研究课题。

　　在这个过程中，方家熊院士团队有两点体会：首先，近红外光谱技术是以应用带动有关技术的发展，这里的“技术”包括软件技术、基础技术、硬件技术，基础技术主要是化学计量学；其次，从新应用要求——低成本技术要求中提炼出基础技术课题进行研究，获得我们自己的拥有自主知识产权的科研成果，而且这个成果是可以马上实现应用的。

方家熊院士谈我国分析仪器行业存在问题及与国外差距

　　方家熊院士是我国著名的光传感器专家，为我国科技事业作出了突出贡献。针对我国分析仪器行业发展中存在的问题，方家熊院士以其40多年科研工作的经验指出：

　　我国分析仪器发展中存在的主要问题：基础研究与应用研究、生产制造脱节

　　首先最大的问题：我国科研力量分散，如何将其“捏合”起来?

　　我国科研力量存在着分散、“小打小闹”、“捏不起来”的问题。如何能把科研力量捏合起来，形成我国分析仪器硬件技术、软件技术的攻坚力量是目前我们着重需要解决的问题。

　　第二个问题：如何与国外仪器公司相处?

　　一方面我国分析仪器行业应该感谢国外仪器公司的帮助，另一方面两者之间还存在着竞争关系。所以，国产分析仪器公司与国外仪器公司之间是一种又合作又竞争的关系，而在这个关系中，最好的结果是能够获得双赢，国外仪器公司能够赚到钱，我们的相关工业水平也得到了提高，共同使仪器的价格降下来，共同努力使应用范围更广泛。

　　第三个问题：如何将企业人才培养计划提升至更重要的位置?

　　国家基金委每年投入大量资金，主要有两个任务：第一就是把基础研究成果成功延伸到应用研究和生产制造环节中，为应用研究和生产制造提供科学方法;第二是培养科技人才。当前的科技人才培养主要在大学和科研院所，未来应该把企业人才培养列到更重要的位置上，促进企业提升技术水平，促进企业能很快将基础研究的成果应用到生产中。

　　第四个问题：我国科技界只紧盯、跟踪国际前沿技术，这是一个误区!

　　紧盯、跟踪国际科技前沿以前是需要的，但做不出具有完全自主知识产权的科研成果。所谓“紧盯国际科技前沿”就是一些人在做，但领头的人多是外国人，等于说我们是跟着别人跑、是落后的。“跟踪国际先进技术”则是别人已经做了五六年、已经产业化了，我们再跟着做，距离“前沿”就更远了。

　　为什么过去我们一直都是在跟踪国际先进技术?我认为是我们对应用技术没有研究透彻。没有研究透彻，就发现不了问题、提炼不出基础研究课题。我们的基础研究通常是看到国际上发表了什么文章，跟着做。我想我们要努力改变这种状况了。

　　国产近红外光谱仪器与国外的差距：不在水平而主要在可靠性

　　国产近红外光谱仪器与国外的技术水平相差并不大，差距主要在可靠性方面。但我国分析仪器行业对仪器的可靠性研究并不太重视。陆婉珍院士曾经提出的“我国分析仪器企业应发展稳定、可靠的硬件”的经验之谈应引起我们的重视。

　　另一个差距是在仪器的配件方面，通常，国产仪器配备的附件没有国外仪器配备的完善。国内仪器生产企业与应用者的联系不紧密，生产企业对用户不了解，不知道用户想干什么。并且，若只是为一部分用户的应用需求而投入大量的人力、物力，多数国内生产企业是不愿意的。

　　事实上，在仪器的关键器件方面，国内与国外差不多，国内外仪器公司的关键部件都是购买的，区别只在于，国外仪器公司的国内有这方面的器件，或有价格的优势；而我国的仪器公司则需要向国外购买，无法实现完全本土化生产。

　　对年轻基层科研工作者的建议：在干中学、在干中提升水平、在干中获得利益

　　首先，做好当前的工作。即使只做一天的工作，也不要马虎的混过去。遇到什么问题，记录下来，再寻求各种方式去解决。

　　第二是碰到任何分析仪器、分析方法时，主动把它们的原理搞清楚，这个学习过程比在大学里的学习有效得多。

　　第三是在做一个实验时，尽力将实验的所有配置以及它们相互之间是如何配合的全部弄明白。

　　总的来说，就是在干中学，在干中提升自己的水平，在干中获得自己的利益。在当前的工作中磨练创新思维，从小改小革向重大创新发展。

　　后记

　　采访过程中，方家熊院士谈到，“今年6月，胡锦涛总书记在院士大会上的讲话中指出，未来我国将加快转变经济发展方式，促进经济增长由主要依靠增加物质资源消耗向主要依靠科技进步转变，我国科技界肩负着重大使命。”

　　“那么，科技界如何为国民经济发展贡献力量?我认为具体就是提炼自主知识产权的科研成果，如专利、生产方式等。大家常说为国家做出贡献，但上升到‘贡献’的程度还需要几年的时间，现在只是做一点有用的事情吧。”

　　“科技要为国家经济战略转型做贡献”，是方家熊院士反复强调的观点。这充满深情的话语，折射出这位年过七旬的老科学家对国家民族、对科学事业的强烈责任感和远大抱负!

　　采访编辑：刘丰秋

　　附录：方家熊院士简历

　　方家熊，1939年出生，中国工程院院士，我国光传感技术专家，安徽黄山市人，1962年毕业于南京大学物理系，1966年中国科学院研究生毕业，中国科学院上海技术物理研究所研究员。

　　方家熊院士多年从事光传感器研究，为我国空间遥感系统提供了多种红外传感器。他提出了变能隙半导体红外传感器的工程优值参数概念和测试方法;解决了空间用红外传感器的技术基础及工程问题，满足了我国首次从卫星对地球的长波红外遥感的要求；为新型空间遥感系统的需要实现了碲镉汞红外器件对1～15微米探测的全波段覆盖；提出了我国第一个多光谱红外焦平面组件方案并研制成功；为“风云1号”卫星、“风云2号”卫星以及“神舟3号”飞船提供了各种多波段红外传感器组件，并推广应用于航空遥感系统和工业、交通、环境和医学等领域。

　　方家熊院士近几年从事光传感器组件应用技术研究，包括组件应用功能的增强方法，涉及微弱信号提取和处理电路设计和测试分析以及各个接口技术及综合集成系统组件的发展。

　　联系方式：jxfang@mail.sitp.ac.cn