2011年9月29日21時16分3秒，我國第一個目標飛行器和空間實驗室“天宮一號”在酒泉衛星發射中心發射，飛行器由實驗艙和資源艙構成，我國自主研發的“全光纖近紅外光譜儀”就安放在這裏。

　　“它能隨時檢測在軌航天器裏的空氣成分，當場獲得檢測結果，保障宇航員艙在內能夠安全地活動並展開航天科學任務。”見到劉偉偉時，他正從實驗室出來，雖然初次見面寒暄不多，可一說起自己和全課題組的科研成果，劉偉偉立馬打開了話匣子。

　　“載人航天最重要的一項指標是保障航天員的艙內安全，其中有害氣體的檢測極爲關鍵，如何及時發現有害氣體，也一直是國際宇航界的難題。”劉偉偉團隊研發的“全光纖近紅外光譜儀”的原理就是用光學的手段對太空艙裏空氣中的各種成分進行區分和分析判斷，及時發現有害氣體。

　　爲什麼太空艙裏會產生有害氣體呢？原來，“天宮一號”的太陽能電池翼、電源分系統的所有設備、導航與制導系統中6個控制力矩陀螺都在資源艙內，其中還包括飛行器的燃料。“設備的電線外皮材料受熱，動力燃料、製冷劑等的泄漏都會導致艙內有害氣體增加。”劉偉偉告訴北方網新媒體記者，“‘天宮一號’又是密閉空間，艙內如果出現有害氣體不能及時發現的話，可能會直接威脅艙內人員的生命安全，後果不堪設想。”

　　“傳統的方法是定時對空氣進行採樣檢測，一般要幾小時甚至幾天才能得出結果，可是空氣是隨時在變化的，幾個小時之後，成分就可能大不一樣。”劉偉偉繼續介紹，而光譜分析方法可以遠程控制激光，完全不需要進入現場採樣，也能當場獲得檢測結果，“如果真的發現有害氣體，宇航員也能第一時間獲得信息，與資源艙及時進行分離。這比傳統的大氣採樣更及時更精確，也更能保障宇航員在艙內的安全。”

　　其實，用光學手段分析大氣成分、進行大氣污染監測並不是一個新鮮事物，在地面很容易就能實現，可要是把光譜儀“搬上”太空，情況就跟在地面上完全不同了。

　　“由於航天項目的特殊性，必須考慮艙體大小、考慮機器的重量和能耗，而且太空裏只有一個光源。”毫無疑問，擺在劉偉偉面前的是一個大難題，“其實以前在美國和俄羅斯的載人航天器裏，都發生過燃料泄露的事故，導致宇航員昏迷，國外一些航天技術發達的國家已經開始研究了，中國要發展太空事業，不能沒有這個東西。”於是2009年，“天宮一號”太空艙有毒氣體監測的科研項目在南開大學現代光學研究所誕生了。

　　研究能搭載在太空艙裏的光譜儀，方向是明確的，但路怎麼走，沒人知道，劉偉偉他們真正是從零起步。“因爲這個東西沒有經驗可鑑的，人家美國俄羅斯沒有資料給你，我們就是嘗試各種方法，用過各種材料，把光線、電路、機械各個方面的數據都先精確地演算出來，按照預定的進度一步一步推進，最大限度減少失敗的次數，應該說，是不能有失敗。”

　　隨後的兩年裏，劉偉偉和課題組的成員常常是一天當作兩天用，每天的工作結束了，也就是迎着晨曦回家吃飯的時候。“整個團隊幾乎一天都沒有歇過，爲了一次順利測試，一夜之間可以往返北京和天津兩趟。”

　　經過無數次的比對和試驗，劉偉偉和同事們創造性地提出了基於微納結構新型材料的光譜檢測技術在載人航天工程上應用的方案，成功解決了在軌有害氣體檢測多組分、高靈敏度的在線測量性能需求與體積小、重量輕、功耗低的苛刻空間環境適應性要求之間的矛盾，這也是目前國際航天工程技術領域富有挑戰性的技術難題。

　　“因爲載人航天的進度是不等人的，我們只能與時間賽跑。大家的努力也見到了成效，我們用兩年的時間，就讓中國成爲世界上第一個能實時監測在軌飛行器艙內有害氣體的國家。”劉偉偉團隊的成果也使我國在光譜分析領域的技術水平超越美國、俄羅斯等航天科技發達國家，達到國際領先水平，爲我國載人航天工程自主創新做出了重要貢獻。

　　項目成果經過中國空間技術研究院驗收通過後，劉偉偉沒來得及慶祝就住進了醫院。連續兩年的高強度工作，使他患上了多種腰椎疾病，嚴重時腿部甚至沒有知覺。劉偉偉卻說，參加工作以來，最有成就感的事莫過於參與了我國首個空間實驗室“天宮一號”的科研工作。從他接手項目的那一刻開始，他就和所有獻身中國航天事業的科學家一樣，所有的努力，就是爲了贏得國家的尊嚴。“我們用了兩年的時間，就完成了其他國家7到8年的研發任務。那些航天技術發達的國家也不得不對我們刮目相看。”

　　最近幾年，劉偉偉和他的團隊又開始了新的征程。“空氣中分子、原子運動時產生的輻射信號和運動軌跡會被超快激光撲捉到，我們就能夠反推分子的結構，從而分析出大氣成分，在分子光譜學領域的所有成果現在還僅僅停留在這個階段，我們還要試着按照我們的意願自主調控激光，利用光學手段改變分子結構。”

　　然而激光近乎極限的“稍縱即逝”、超強的能量釋放，使得可控、穩定、測量成爲駕馭激光的世界性難題。

　　“就好比在地球上控制月球上一個人的運動。任意一個實驗條件的稍微變化都會引起結果的極大差異。另外，超快激光相當於千萬億個太陽同時照射的強度，任何測量儀器放那兒一下就打壞了。”難度雖然不小，但劉偉偉卻信心滿滿，“目前這項工作已經進入試驗階段，如果應用到大氣污染治理上，很有前景。到時候不用工作人員進入污染區域，就能在遠程控制激光改變空氣中有害分子的結構，從而消除大氣污染。”

　　截至目前，劉偉偉已承擔國家和省部級科研項目10餘項，入選教育部“新世紀優秀人才支持計劃”；獲邀在近30次國際學術會議作特邀報告；2011年獲“王大珩光學獎——中青年科技人員光學獎”、“金國藩青年學子獎”；2015年獲第一屆全國太赫茲科學技術學術年會“大會優秀青年學者獎”。

　　“做科研沒有興趣、沒有成就感，那就根本做不出成績來。”劉偉偉說，他的成就感來自於解決一個又一個難題，更來自於自己的成果一項項轉化應用。