“仰望星空賦予我們方向，腳踏實(shí)地給予我們力量。任何一個遠(yuǎn)大的理想、宏偉的目標(biāo)，都是由一個個看似簡單的、簡陋的，甚至不可能的小步驟組成的?！苯衲杲處煿?jié)前夕，北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授唐凱如是總結(jié)自己多年的科研心得，鼓勵那些想要在科研領(lǐng)域有所成就的大學(xué)生們，要敢想敢干也要腳踏實(shí)地。
2019年，唐凱成為北京信息科技大學(xué)的一名教師，在他心中，教師是年輕人成長路上的引導(dǎo)者，最重要的是立德樹人，是讓知識傳遞下去，“從小學(xué)到中學(xué)再到讀研讀博，這一路我遇到了很多好老師。我也想成為一名好老師?！?/p>
什么樣的老師是好老師？每個人心中自有答案。唐凱正在用科研路上從不放棄攻堅(jiān)克難的精神，用課堂上“授之以漁”的教學(xué)方式，用和學(xué)生相處時亦師亦友的鼓勵，寫下自己的答案。
從微小碎片探測難題開啟的靜電探測太空夢
“特別不舍?！?月9日6時42分，天舟八號貨運(yùn)飛船受控再入大氣層，飛船絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀，少量殘骸落入預(yù)定安全海域。看到這個消息，唐凱不舍的情緒到達(dá)頂峰。
在天舟八號貨運(yùn)飛船船體外側(cè)，有一個看似不起眼的40厘米見方的小部件：靜電探測微小碎片載荷。這個小部件采用了“靜電探測微小空間碎片技術(shù)”，是唐凱帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從零開始，在理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證的道路上艱難探索之后提出的。
“在太空中有很多碎片，其中99%的碎片屬于毫米級的微小碎片。這些微小碎片不僅數(shù)量多而且速度快，無法在地面上進(jìn)行探測跟蹤，它們很容易對航天器造成嚴(yán)重威脅?！碧苿P說道，目前，NASA（美國航空航天局）、歐空局都研制了多種碰撞式微小碎片探測器，“通過回收檢測或在軌監(jiān)測碰撞效應(yīng)來判斷微小碎片的情況，但是這樣也有局限，因?yàn)槲⑿∷槠芸赡芘鲎仓蟊蛔诧w了、改變了原來的軌跡，或者撞碎了，微小碎片變得越來越多?！痹谔苿P看來，這樣的探測方式不僅探測范圍有限，而且探測到的數(shù)據(jù)都是歷史數(shù)據(jù)，并不能描述后續(xù)的碎片狀態(tài)。但即使這樣不準(zhǔn)確、不全面的數(shù)據(jù)，我們國家也十分缺乏。
與此同時，因?yàn)槲⑿∷槠瑢?dǎo)致的航天空間站受損的情況多個國家都曾遇到過?！八晕覈鴮鉀Q微小碎片探測有迫切需求?！睆?006年就開始做和靜電探測相關(guān)研究的唐凱始終在思考如何“做國家最需要的科研”，自己的科研領(lǐng)域與這一難題的解決是否有可以結(jié)合的地方。
唐凱笑著回憶，學(xué)校高考招生時有句話叫“歡迎來信息科大闖”，他把這句話記在了心里。作為一名青年教師，唐凱同樣有“闖”的想法，也有干事創(chuàng)業(yè)的激情，“我之前做過大氣電場測量、閃電預(yù)警、空中目標(biāo)靜電探測，這些研究的應(yīng)用領(lǐng)域都集中在大氣層內(nèi)。出了大氣層，在太空中是不是也能應(yīng)用？”
“我之前關(guān)注過，航天器因?yàn)榭臻g環(huán)境原因會帶有大量靜電，這也會導(dǎo)致很多在軌故障?？臻g碎片也會因?yàn)橥瑯拥脑驇в徐o電，成為高速飛行的靜電源，這就是我一直以來探測的靜電目標(biāo)。”唐凱一步步分析，當(dāng)帶靜電的微小碎片高速飛過時，會擾動空間電場分布，通過靜電感應(yīng)原理，變化的電場會在導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電荷，通過感應(yīng)電荷的變化就可以感知飛過的帶電碎片，通過布設(shè)探測陣列的方式，就可以反演計(jì)算出帶電碎片的運(yùn)動軌跡。
有了科學(xué)原理的支撐，唐凱的心里有譜了，靜電探測太空夢自此開啟：自己設(shè)計(jì)靜電傳感器，為國家航天領(lǐng)域服務(wù)。
在“三無”困境中找到出路
每一個從大膽設(shè)想中開啟的科研之路，常會遭遇“攔路虎”。唐凱的靜電太空探測科研項(xiàng)目亦是如此。
談及在這一領(lǐng)域中遇到的困難，唐凱自嘲屬于“草臺班子干大事”，整個項(xiàng)目最初的核心團(tuán)隊(duì)由他、一名同事和一位在航天領(lǐng)域工作的老同學(xué)以及三個研究生組成，“三個老師帶著幾個研究生。我雖然有靜電探測的經(jīng)驗(yàn)，但是對于航天工程的經(jīng)驗(yàn)是零?！迸c此同時，在項(xiàng)目正式獲批之前，實(shí)驗(yàn)空間、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)都沒有，“屬于‘三無’困境?！?/p>
沒有航天工程經(jīng)驗(yàn)，卻要把自己制作的傳感器送上宇宙，這件事來不得一點(diǎn)馬虎。唐凱四處拜師，到跟項(xiàng)目有關(guān)的各個研究所請教，爭取校內(nèi)外更多專家參與到這個項(xiàng)目。
研制樣機(jī)需要場地，唐凱一邊向?qū)W校申請科研用房，一邊盤算手頭能用的資源，“那個時候正值假期，我們學(xué)校清河校區(qū)很安靜，整個教學(xué)樓的大廳、外面的空地都能使用?！焙教旃こ虒纫蠛芨?，唐凱用簡易潔凈柜組裝傳感器，又向?qū)W校借來閑置的集裝箱當(dāng)屏蔽室，開始了測試。
唐凱（左二）和團(tuán)隊(duì)成員一起在北京信息科技大學(xué)清河校園里做試驗(yàn)。受訪者供圖
好在場地困難是暫時的，2023年下半年，北京信息科技大學(xué)為唐凱所在的團(tuán)隊(duì)分配了科研用房，簡易的潔凈間也有了?！皠e看潔凈間只有十幾平，都是我們自己搭建的。就花了兩萬多塊錢，一周時間就建起來了。”
2023年10月，項(xiàng)目終于獲得載人航天工程辦公室批復(fù)，成為天舟八號搭載任務(wù)之一。同時還有清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國科學(xué)院兩個研究所申報的項(xiàng)目?！疤貏e激動，像做夢一樣。最開始我們團(tuán)隊(duì)的微信群名字是‘能小分隊(duì)’，意思就是‘你能你怎么不上天呢’?，F(xiàn)在終于能上天了?！?/p>
但此時距離原定天舟八號發(fā)射時間僅剩一年，唐凱帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不僅要完成靜電探測傳感器制作，還要留出測試時間。
“最緊張最忙的時候我們團(tuán)隊(duì)基本上每天都要工作18個小時。”唐凱表示，在學(xué)校進(jìn)行測試時，團(tuán)隊(duì)成員就睡在車?yán)锷踔了谡n桌上，短暫休息一兩個小時就接著干，“沒日沒夜。當(dāng)時保安看見我們還說，‘怎么我睡的時候你們在干活，我醒的時候你們也在干活，你們什么時候睡覺’，還讓我們?nèi)ケ０仓蛋嗍宜?。?/p>
產(chǎn)品交付前，唐凱在團(tuán)隊(duì)自己搭建的潔凈間內(nèi)。受訪者供圖
不畏難、不畏苦，在學(xué)校各部門的支持下，唐凱和團(tuán)隊(duì)成員最終以“信息科大速度”順利完成載荷的研制、測試和交付。
樣機(jī)研制成功，接口驗(yàn)證完成，在海南發(fā)射場順利完成測試，跟隨天舟八號順利升空，信息成功回傳，持續(xù)在軌運(yùn)行……每順利推進(jìn)一步，唐凱心里的石頭就放下一塊?！疤熘郯颂柊l(fā)射成功之后，第一周周末就回傳了數(shù)據(jù)?！笨蒲腥藟粝氤烧妫苿P的驕傲溢于言表。
讓學(xué)生明白“國之所需”就是“吾之所向”
科研上獲得的點(diǎn)滴的經(jīng)驗(yàn)，唐凱都毫無保留地傳授給了學(xué)生們。
“做國家最需要的科研。”這不是一句空話。但是如何讓學(xué)生們感受到所學(xué)知識與國家需求和發(fā)展之間的聯(lián)系？唐凱將學(xué)生們帶到了航天城，“當(dāng)時有好幾架飛船正在生產(chǎn)中，學(xué)生們在看的過程中，會深切體會到這種家國情懷，會自然而然地想要把自己的科研項(xiàng)目跟國家的需求結(jié)合起來?！?/p>
唐凱（左二）和研究生們一起來到了海南文昌發(fā)射場。受訪者供圖
這樣切身的體會，唐凱曾在海南文昌的發(fā)射場感受過?！帮w船發(fā)射的時候，巨大的轟鳴聲，讓我覺得整個胸腔都在共鳴。那種感受是完全不一樣的?！碧苿P堅(jiān)信，這樣的經(jīng)歷對于學(xué)生而言，不僅僅是一種眼界的開拓，也是一種責(zé)任感和自豪感的激發(fā)。唐凱的碩士研究生楊人捷曾說過，“跟著唐老師做科研，不僅學(xué)會了技術(shù)，更懂得了‘國之所需’就是‘吾之所向’?！?/p>
做好科研要有明確的方向，也要有敢于接納失敗的勇氣。
“對于任何一個科研團(tuán)隊(duì)來說，不管是老師還是學(xué)生，都要有良好的科研氛圍，那就是鼓勵創(chuàng)新、接受失敗。”在唐凱看來，碩士研究生已經(jīng)通過知識學(xué)習(xí)，對制作產(chǎn)品有了基本的認(rèn)識，但對于科研是什么、怎么做科研還是沒有太多想法。
“我們鼓勵學(xué)生提出新想法新思路，他們的思維更加活躍?！碧苿P會跟學(xué)生一起分析創(chuàng)新想法的可行性，并鼓勵學(xué)生多嘗試，“我們可以用理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)的方式減少試錯成本。失敗不是結(jié)論，失敗證明你在走一條創(chuàng)新的路。我們可以分析為什么失敗，再一個個改進(jìn)排除?！?/p>
在唐凱看來，科研氛圍、學(xué)術(shù)氛圍是很重要的。“我們開組會的時候，基本上是碰到問題就一起討論，讓學(xué)生有慢慢成長的感覺，從而進(jìn)入良性循環(huán)?！碧苿P從不要求學(xué)生每天必須到實(shí)驗(yàn)室打卡，但他自己每天很早就已經(jīng)到了辦公室?！拔覀兓旧现饕难芯慷荚趯?shí)驗(yàn)室完成。我每天跟學(xué)生們在一起的時間很長，去年上半年的時候，幾乎一天有十幾個小時是跟學(xué)生在一起的，有問題隨時交流?！?/p>
唐凱也會格外保護(hù)那些極有科研熱情的學(xué)生?！澳銜l(fā)現(xiàn)他說起科研項(xiàng)目的時候眼睛是有光的，無論這個問題跟自己有沒有關(guān)系，他都會很努力地去思考。這些有科研熱情的人也會帶動大家一起做好科研?！?/p>
甘當(dāng)“腳手架”，鼓勵學(xué)生勇敢去闖
科研之外，唐凱也是一名在教學(xué)上不斷鉆研的青年教師。
雙語教學(xué)是國內(nèi)多所高校教學(xué)改革的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。唐凱主動承擔(dān)了該校電路分析雙語課的教學(xué)工作?！半娐贩治鍪且婚T理論性跟實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。有的學(xué)生學(xué)完了電路分析，可能會覺得這門課偏理論偏計(jì)算，考完試也就忘了、不會用了?！碧苿P希望電路分析在學(xué)生心中不再是一個符號，而是一門可以將所學(xué)知識運(yùn)用起來的實(shí)用課程。
在教學(xué)設(shè)計(jì)上，唐凱以完成一個科研項(xiàng)目為出發(fā)點(diǎn)，用設(shè)計(jì)一個肌電信號控制機(jī)器人的小任務(wù)串聯(lián)起了每一堂課的主要內(nèi)容?！耙褂媚M電路里的放大電路、信號運(yùn)算，再到濾波電路、信號處理，以及后續(xù)為電路服務(wù)的供電電路、信號服務(wù)電路等等，這些知識都是要完成一個肌電信號控制機(jī)器人所需要的知識。”唐凱希望學(xué)生們學(xué)完這門課，不僅可以看得懂與電路分析相關(guān)的英文資料，還會把所有的知識都連起來，學(xué)會電路分析的思維方法?！昂芏鄬W(xué)生上完這門課后說以后做畢業(yè)設(shè)計(jì)或者參加比賽就再也不犯難了。”
“大學(xué)生是更加獨(dú)立的個體，會有很多想法。”同時擔(dān)任班主任的唐凱自有一套與學(xué)生交流的方法。在唐凱看來，大學(xué)老師不僅是知識的傳遞者，更是學(xué)生成長路上的引導(dǎo)者、陪伴者和榜樣，自己更喜歡和學(xué)生們是一種“亦師亦友”的狀態(tài)，做一名鼓勵型導(dǎo)師?？紤]到班會上學(xué)生們難以有充分的表達(dá)機(jī)會和真實(shí)的表達(dá)，唐凱有時候會走到男生宿舍中去，在學(xué)生熟悉的環(huán)境里聊聊天，也會分享自己的親身感悟，鼓勵學(xué)生大學(xué)期間要多做不同的嘗試，多去體驗(yàn)新生活。
私底下，唐凱也是一個非常隨和的老師。無論是不是自己帶的學(xué)生，只要學(xué)生來求教，唐凱都會認(rèn)真解答，“以鼓勵為主，學(xué)生們想?yún)⒓觿?chuàng)業(yè)比賽，我會跟他們一起討論可行性，再給他們提供一個實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓他們自己有動手的機(jī)會?！碧苿P以“腳手架”自喻，作為老師只在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)給予指導(dǎo)，只要學(xué)生不超出一定的范圍，那就給他們足夠的闖蕩空間。
如今，唐凱所帶的研究生有的已經(jīng)成功讀博并在實(shí)驗(yàn)室獨(dú)當(dāng)一面；有的學(xué)生從科研項(xiàng)目中獲得快速成長……對于何為好老師，唐凱已用實(shí)踐寫下答案。
新京報記者 楊菲菲
編輯 繆晨霞 校對 付春愔
