从实验室走向太空静电探测，信息科大唐凯带领学生“闯”出创新路

“仰望星空赋予我们方向，脚踏实地给予我们力量。任何一个远大的理想、宏伟的目标，都是由一个个看似简单的、简陋的，甚至不可能的小步骤组成的。”今年教师节前夕，北京信息科技大学机电工程学院副教授唐凯如是总结自己多年的科研心得，鼓励那些想要在科研领域有所成就的大学生们，要敢想敢干也要脚踏实地。

2019年，唐凯成为北京信息科技大学的一名教师，在他心中，教师是年轻人成长路上的引导者，最重要的是立德树人，是让知识传递下去，“从小学到中学再到读研读博，这一路我遇到了很多好老师。我也想成为一名好老师。”

什么样的老师是好老师？每个人心中自有答案。唐凯正在用科研路上从不放弃攻坚克难的精神，用课堂上“授之以渔”的教学方式，用和学生相处时亦师亦友的鼓励，写下自己的答案。

从微小碎片探测难题开启的静电探测太空梦

“特别不舍。”7月9日6时42分，天舟八号货运飞船受控再入大气层，飞船绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁，少量残骸落入预定安全海域。看到这个消息，唐凯不舍的情绪到达顶峰。

在天舟八号货运飞船船体外侧，有一个看似不起眼的40厘米见方的小部件：静电探测微小碎片载荷。这个小部件采用了“静电探测微小空间碎片技术”，是唐凯带领团队从零开始，在理论分析与试验验证的道路上艰难探索之后提出的。

“在太空中有很多碎片，其中99%的碎片属于毫米级的微小碎片。这些微小碎片不仅数量多而且速度快，无法在地面上进行探测跟踪，它们很容易对航天器造成严重威胁。”唐凯说道，目前，NASA（美国航空航天局）、欧空局都研制了多种碰撞式微小碎片探测器，“通过回收检测或在轨监测碰撞效应来判断微小碎片的情况，但是这样也有局限，因为微小碎片很可能碰撞之后被撞飞了、改变了原来的轨迹，或者撞碎了，微小碎片变得越来越多。”在唐凯看来，这样的探测方式不仅探测范围有限，而且探测到的数据都是历史数据，并不能描述后续的碎片状态。但即使这样不准确、不全面的数据，我们国家也十分缺乏。

与此同时，因为微小碎片导致的航天空间站受损的情况多个国家都曾遇到过。“所以我国对解决微小碎片探测有迫切需求。”从2006年就开始做和静电探测相关研究的唐凯始终在思考如何“做国家最需要的科研”，自己的科研领域与这一难题的解决是否有可以结合的地方。

唐凯笑着回忆，学校高考招生时有句话叫“欢迎来信息科大闯”，他把这句话记在了心里。作为一名青年教师，唐凯同样有“闯”的想法，也有干事创业的激情，“我之前做过大气电场测量、闪电预警、空中目标静电探测，这些研究的应用领域都集中在大气层内。出了大气层，在太空中是不是也能应用？”

“我之前关注过，航天器因为空间环境原因会带有大量静电，这也会导致很多在轨故障。空间碎片也会因为同样的原因带有静电，成为高速飞行的静电源，这就是我一直以来探测的静电目标。”唐凯一步步分析，当带静电的微小碎片高速飞过时，会扰动空间电场分布，通过静电感应原理，变化的电场会在导体上产生感应电荷，通过感应电荷的变化就可以感知飞过的带电碎片，通过布设探测阵列的方式，就可以反演计算出带电碎片的运动轨迹。

有了科学原理的支撑，唐凯的心里有谱了，静电探测太空梦自此开启：自己设计静电传感器，为国家航天领域服务。

在“三无”困境中找到出路

每一个从大胆设想中开启的科研之路，常会遭遇“拦路虎”。唐凯的静电太空探测科研项目亦是如此。

谈及在这一领域中遇到的困难，唐凯自嘲属于“草台班子干大事”，整个项目最初的核心团队由他、一名同事和一位在航天领域工作的老同学以及三个研究生组成，“三个老师带着几个研究生。我虽然有静电探测的经验，但是对于航天工程的经验是零。”与此同时，在项目正式获批之前，实验空间、实验经费都没有，“属于‘三无’困境。”

没有航天工程经验，却要把自己制作的传感器送上宇宙，这件事来不得一点马虎。唐凯四处拜师，到跟项目有关的各个研究所请教，争取校内外更多专家参与到这个项目。

研制样机需要场地，唐凯一边向学校申请科研用房，一边盘算手头能用的资源，“那个时候正值假期，我们学校清河校区很安静，整个教学楼的大厅、外面的空地都能使用。”航天工程对精度要求很高，唐凯用简易洁净柜组装传感器，又向学校借来闲置的集装箱当屏蔽室，开始了测试。

唐凯（左二）和团队成员一起在北京信息科技大学清河校园里做试验。受访者供图

好在场地困难是暂时的，2023年下半年，北京信息科技大学为唐凯所在的团队分配了科研用房，简易的洁净间也有了。“别看洁净间只有十几平，都是我们自己搭建的。就花了两万多块钱，一周时间就建起来了。”

2023年10月，项目终于获得载人航天工程办公室批复，成为天舟八号搭载任务之一。同时还有清华大学、南京航空航天大学、中国科学院两个研究所申报的项目。“特别激动，像做梦一样。最开始我们团队的微信群名字是‘能小分队’，意思就是‘你能你怎么不上天呢’。现在终于能上天了。”

但此时距离原定天舟八号发射时间仅剩一年，唐凯带领团队不仅要完成静电探测传感器制作，还要留出测试时间。

“最紧张最忙的时候我们团队基本上每天都要工作18个小时。”唐凯表示，在学校进行测试时，团队成员就睡在车里甚至睡在课桌上，短暂休息一两个小时就接着干，“没日没夜。当时保安看见我们还说，‘怎么我睡的时候你们在干活，我醒的时候你们也在干活，你们什么时候睡觉’，还让我们去保安值班室睡。”

产品交付前，唐凯在团队自己搭建的洁净间内。受访者供图

不畏难、不畏苦，在学校各部门的支持下，唐凯和团队成员最终以“信息科大速度”顺利完成载荷的研制、测试和交付。

样机研制成功，接口验证完成，在海南发射场顺利完成测试，跟随天舟八号顺利升空，信息成功回传，持续在轨运行……每顺利推进一步，唐凯心里的石头就放下一块。“天舟八号发射成功之后，第一周周末就回传了数据。”科研人梦想成真，唐凯的骄傲溢于言表。

让学生明白“国之所需”就是“吾之所向”

科研上获得的点滴的经验，唐凯都毫无保留地传授给了学生们。

“做国家最需要的科研。”这不是一句空话。但是如何让学生们感受到所学知识与国家需求和发展之间的联系？唐凯将学生们带到了航天城，“当时有好几架飞船正在生产中，学生们在看的过程中，会深切体会到这种家国情怀，会自然而然地想要把自己的科研项目跟国家的需求结合起来。”

唐凯（左二）和研究生们一起来到了海南文昌发射场。受访者供图

这样切身的体会，唐凯曾在海南文昌的发射场感受过。“飞船发射的时候，巨大的轰鸣声，让我觉得整个胸腔都在共鸣。那种感受是完全不一样的。”唐凯坚信，这样的经历对于学生而言，不仅仅是一种眼界的开拓，也是一种责任感和自豪感的激发。唐凯的硕士研究生杨人捷曾说过，“跟着唐老师做科研，不仅学会了技术，更懂得了‘国之所需’就是‘吾之所向’。”

做好科研要有明确的方向，也要有敢于接纳失败的勇气。

“对于任何一个科研团队来说，不管是老师还是学生，都要有良好的科研氛围，那就是鼓励创新、接受失败。”在唐凯看来，硕士研究生已经通过知识学习，对制作产品有了基本的认识，但对于科研是什么、怎么做科研还是没有太多想法。

“我们鼓励学生提出新想法新思路，他们的思维更加活跃。”唐凯会跟学生一起分析创新想法的可行性，并鼓励学生多尝试，“我们可以用理论分析和仿真实验的方式减少试错成本。失败不是结论，失败证明你在走一条创新的路。我们可以分析为什么失败，再一个个改进排除。”

在唐凯看来，科研氛围、学术氛围是很重要的。“我们开组会的时候，基本上是碰到问题就一起讨论，让学生有慢慢成长的感觉，从而进入良性循环。”唐凯从不要求学生每天必须到实验室打卡，但他自己每天很早就已经到了办公室。“我们基本上主要的研究都在实验室完成。我每天跟学生们在一起的时间很长，去年上半年的时候，几乎一天有十几个小时是跟学生在一起的，有问题随时交流。”

唐凯也会格外保护那些极有科研热情的学生。“你会发现他说起科研项目的时候眼睛是有光的，无论这个问题跟自己有没有关系，他都会很努力地去思考。这些有科研热情的人也会带动大家一起做好科研。”

甘当“脚手架”，鼓励学生勇敢去闯

科研之外，唐凯也是一名在教学上不断钻研的青年教师。

双语教学是国内多所高校教学改革的热点和重点之一。唐凯主动承担了该校电路分析双语课的教学工作。“电路分析是一门理论性跟实践性都很强的课程。有的学生学完了电路分析，可能会觉得这门课偏理论偏计算，考完试也就忘了、不会用了。”唐凯希望电路分析在学生心中不再是一个符号，而是一门可以将所学知识运用起来的实用课程。

在教学设计上，唐凯以完成一个科研项目为出发点，用设计一个肌电信号控制机器人的小任务串联起了每一堂课的主要内容。“要使用模拟电路里的放大电路、信号运算，再到滤波电路、信号处理，以及后续为电路服务的供电电路、信号服务电路等等，这些知识都是要完成一个肌电信号控制机器人所需要的知识。”唐凯希望学生们学完这门课，不仅可以看得懂与电路分析相关的英文资料，还会把所有的知识都连起来，学会电路分析的思维方法。“很多学生上完这门课后说以后做毕业设计或者参加比赛就再也不犯难了。”

“大学生是更加独立的个体，会有很多想法。”同时担任班主任的唐凯自有一套与学生交流的方法。在唐凯看来，大学老师不仅是知识的传递者，更是学生成长路上的引导者、陪伴者和榜样，自己更喜欢和学生们是一种“亦师亦友”的状态，做一名鼓励型导师。考虑到班会上学生们难以有充分的表达机会和真实的表达，唐凯有时候会走到男生宿舍中去，在学生熟悉的环境里聊聊天，也会分享自己的亲身感悟，鼓励学生大学期间要多做不同的尝试，多去体验新生活。

私底下，唐凯也是一个非常随和的老师。无论是不是自己带的学生，只要学生来求教，唐凯都会认真解答，“以鼓励为主，学生们想参加创业比赛，我会跟他们一起讨论可行性，再给他们提供一个实验环境，让他们自己有动手的机会。”唐凯以“脚手架”自喻，作为老师只在关键节点给予指导，只要学生不超出一定的范围，那就给他们足够的闯荡空间。

如今，唐凯所带的研究生有的已经成功读博并在实验室独当一面；有的学生从科研项目中获得快速成长……对于何为好老师，唐凯已用实践写下答案。

新京报记者 杨菲菲

编辑 缪晨霞 校对 付春愔