在“十一五”期間斬關奪巉，中科院光電院通過承擔衛星導航、空間系統工程、浮空飛行器、光刻機準分子激光光源、大型復雜激光器、無人機遙感綜合驗證等，承接了一批國家級系統重大科研任務，形成一系列技術系統和學科方向，初步建立起總體性科研體系和運行機制，科研隊伍和研保條件得到增強。“十二五”號角連營，光電院通過大量戰略研究和規劃論證，貫穿基礎科研到工程型號研制不同發展階段的科研工作，形成了既“站得高”——系統集成的總體，又“看得遠”——面向未來的前沿研究，科技創新呈現充滿活力的態勢。
在建設和運行之初，光電院光電工程部只承擔少量科研項目，方向也不明確。通過參與相關的國家“十一五”規劃的論證，以及后期自身的調研，既明確了激光顯示技術作為研究方向，同時也跟蹤簡稱02專項的國家重大專項的立項情況，盯準“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”，與國科激光公司合作開展激光器工程化和產業化研究，逐漸形成了投影光學研究方向及相應的學科點。光電院第二屆領導班子成立后，相里斌院長提出：前瞻國際上的一個新興的交叉學科，計算光學成像技術要做大做強，逐漸形成一支專業化的隊伍；先進激光器技術的研發和產業化工作要繼續跟進，取得更大的進展。
2010年底，光電院對光電工程部進行重組，明確了計算光學成像技術、投影光學技術、半導體泵浦激光技術為三個主要研究方向，共同構成光電院的光電工程科技領域，奮力開拓、攻克、挺進。開拓！開拓！如計算光學成像技術面向新型光學成像探測技術需求，結合工程光學、信息光學、信號與信息處理前沿技術，開展新型計算光學成像等新概念系統的理論與技術探索研究。重點開展計算光譜成像、計算光場成像、相干場成像和超分辨成像等方向的研究。攻克！攻克！如投影光學技術及應用，組織開展光刻機準分子光源、曝光系統和檢測系統等關鍵技術和系統集成技術研究，建設準分子激光器關鍵部件研發及集成測試平臺等，推進其工程化和應用的發展。持續開展激光顯示關鍵技術和共性技術研發，推進激光顯示工程化、產業化發展。
挺進！挺進！如大型復雜激光器技術，開展大型復雜激光器系統的設計、裝校和調試技術，新型全固體激光器、激光放大器的研究，建立相關研發與測試平臺，推進其工程化和產業化發展。在2005年之前，中國的先進光刻機一家都沒有。光電院從“十五”末開始作為總體，組織近十家科研機構進行攻關研制。其中，光刻用準分子激光器是激光器中的極高端產品，是“摩爾定律生命不竭之源”。光電院承擔了光刻準分子激光的攻關任務，取得的每一個階段性成果都屬于國內首創。
光電院在建院之初，就有載人航天工程應用系統技術和小衛星工程技術等航天科技方向，放眼未來之藍天白云，2005年，光電院增添新創了航空科技方向。中科院強化“集團軍”，力促光電院與高能所的聯合，2005年7月13日，氣球飛行器研究中心（簡稱氣球中心）成立，機構就設在光電院，業務也由光電院負責。光電院作為技術總體單位，聯合中航二集團605所等單位，全面開展我國最大的科學探測系留氣球升空平臺系統研制；作為大型系留氣球的總體單位，同時還承擔了球體、測控、供電、發放等分系統的研制。氣球中心新銳驍勇，不僅解決了復雜的關鍵技術和工藝，創造了氣球錨泊系統移動出入庫和錨泊系留新方法，還制定并貫徹執行了一批研制管理、操作的基本規范，按工程化要求進行管理，產品質量得到保障。2007年初，小型飛艇在北京郊區進行試飛。這是氣球中心研制并試飛的第一艘飛艇，也是后來一系列飛艇的原型，具有里程碑意義，不僅首次獲得飛艇的試驗數據和寶貴經驗，還標志著光電院飛艇設計、加工、試驗體系建立。同年年底，kf15飛艇試飛成功。這艘15米長的飛艇，設計和試驗的難度比之前更高出許多。
牛紅兵時任光電院黨委書記兼副院長，一直分管氣球飛行器研究中心。2007年，牛紅兵帶領該中心人員奔赴山東榮城，姜魯華主任也隨隊指導，開展浮空氣球的試驗任務。當時的科研隊伍很年輕，幾乎沒有接觸過浮空氣球。系留氣球項目旗開得勝，為光電院挺進航空領域，開辟創立了一個入口和通道，后來，氣球中心還承擔了高空氣球、平流層動力飛艇等重大項目，在科研取得進展的同時，也探索出與空間總體部不同的總體組織管理模式。 氣球中心捷報頻傳：2012年2月14日，其承擔的“平流層平臺關鍵技術研究”通過驗收——這是中科院知識創新工程一個方向性的項目。專家組經過討論一致認為：該項目完成了任務書所規定的內容，技術指標到達考核指標；項目深化了平流層概念研究和工程可行性研究，進行了平流層平臺部分關鍵技術的攻關，并通過了1000立方米演示系統驗證，突破了該領域的多項關鍵技術，積累了大量的寶貴經驗。
隨著國家重大科技專項導航專項、高分專項等任務的開展，光電院良性循環，憑借導航技術方向和空間系統工程技術方向，逐步拓寬了航空航天工程領域共和國科技的“國家隊”，就必須要有“國家隊”的范兒。積極參與中國衛星導航系統重大專項工作，2009年3月，中科院專門成立了衛星導航專項總體部（簡稱導航總體部），將其依托于光電院。導航總體部執掌的“虎符”，代表著中科院機關，履行衛星導航專項中的戰略規劃、組織協調、任務爭取和管理職能。“每次乘坐飛機，它在引導飛機飛向目的地；每次駕車，它指引實時的地圖與方向；每次災難來襲，它迅速繪測出生命救援的奇跡；衛星導航的應用已深入我們的生活，無所不在……”這是2013年5月15日，第四屆中國衛星導航學術年會閉幕式，“北斗之夜”主持人的一段激情道白。
2013年8月底，相里斌卸任光電院院長一職。相里斌激情澎湃：中科院有很強的學術力量，我們是“登高望遠”的科學家，來自行業和產業的工程師，有一線的豐富的生產實踐經驗，大家要聯起手來做事！中國衛星導航系統管理辦公室（簡稱總裝北斗辦）要搞學術年會活動，就將學術活動依托給了中科院，具體由光電院和北斗辦操作，一年在一個城市舉辦。舉辦的北斗學術年會良性循環：最初是光電院找地方政府，后來變成地方政府主動找光電院。第一屆在北京會議中心，第二屆在上海的世博中心，第三屆在廣州的保利博覽館，2013年的第四屆在武漢舉行。地方政府申請參與學術年會很積極，現已排到了n屆。很多省都給予了經費的匹配。還要競標。學術年會期刊被國際出版商艾斯維爾、德國springer（斯普里格）出版社看好，且ei檢索論文集每年都收錄了200篇左右，進入ei檢索的論文庫。
隨著學術活動的開展，光電院有了導航學會，辦了科技期刊《衛星導航》。目前正申請的中國衛星導航學會，將是個“國”字頭的一級學會。相里斌說：“項目是樹，學術是根，最后出來的科技成果就是豐碩的果實。”新組建不久的單位名不見經傳，想擁有一個學科或行業的學會很難。光電院從前瞻性、戰略性、基礎性工作開始，以“總體”為抓手，自己籌建國家的一級學會，可見其深厚的學術根基。
2014年7月8日，第五屆中國衛星導航學術年會總結會在北京召開。據統計共有297家單位的2965人參會。年會聚合國內學術交流資源，活躍學術交流創新氛圍，推動了北斗參與國際學術活動，推廣普及了衛星導航知識，展示了北斗應用領域的最新政策、技術、成果、產品等。相里斌內心自豪：“這讓我們特別有成就感。我們做了一個比較成功的北斗總體部。”如在應用科技領域，光電院就著實“傲”了一把：其由“天地一體化遙感技術系統”項目牽引，以對地觀測遙感地面系統技術作為切入點，通過系統開展對地觀測系統運行技術、質量技術、定量化應用技術等方面的關鍵技術攻關，確立了對地觀測應用系統工程、新型遙感器機理與應用、定量遙感信息技術三大學科領域。2011年4月，“指揮大廳衛星資源仿真顯示系統”順利部署至中國資源衛星應用中心指揮大廳。由光電院承研的該系統經試運行及多輪升級更新，也已通過了項目驗收。系統功能齊全、界面美觀、運行流暢，獲得了使用方的高度評價。
經多年發展，光電院對地觀測應用科技領域研究，已從集中全部力量，投入“天地一體化遙感技術系統”總體任務，逐步發展成為三大學科領域并行發展、各有側重的態勢，實現了從框架到學科方向的快速發展。對地觀測部的李偉是助理研究員，2009年從北京理工大學博士畢業入職，經受重大任務的磨礪，其不斷成長的青春歲月，代表了光電研究院一批青年科研人員走過的道路。為驗證飛行航空影像的幾何畸變性質，測點前需要根據航線規劃，在衛星地圖上選擇控制點，然后找地面上的對應點。測點一般都地處荒郊野外，李偉為測點要經常打前站，一年中有半年得出差。李偉雖然曾幾次在荒郊迷路，但理想和信念從未為之迷茫。
天地成一體，寰球共冷熱。2013年4月20日，科技部國家遙感中心會同高新司，啟動了國家空間數據獲取與應用應急協同體系和數據共享服務平臺（簡稱蓄水池應急平臺），迅即支持四川雅安的抗震救災。光電院作為蓄水池應急平臺系統技術支撐與服務單位，不斷協調獲取災區遙感數據，并匯交至蓄水池應急平臺，為各部門和地方提供了及時有效的遙感數據支持。僅3天時間，蓄水池應急平臺緊急響應，就已匯集了覆蓋重點災區災前及災后的衛星數據約80gb、災后航空遙感影像約37gb，以超過1000gb的災區遙感數據，向16個部委的30余家單位提供了共享服務。“蓄水池”是個應急平臺，要求其能快速響應。光電院作為一個常備點，若是發生地震等災害，全國的相關數據都要匯集到這里進行及時處理，數據既可提供領導決策，也給用戶單位分發。國土資源航空物探遙感中心便是受益單位之一。2013年6月19日，其發來感謝信稱：“貴單位組織相關力量將震前、震后各類遙感數據匯集于‘蓄水池’中，并多批次及時向我中心無償提供了高分辨率遙感影像，為我中心開展地質災害解譯、地質災害隱患排查提供了強有力數據支撐。”如今，光電工程、航空航天、應用科技，這鼎立三足，構成如今光電院的三大科研體系，“光電集成、天地一體”，形成了結構合理的科研布局。總體有各種各樣：如衛星導航、02辦公室、浮空器中心、國家遙感中心總體部等。這些總體性機構動一發牽全身，陸續落戶于中科院光電院，足以雄辯地證明：光電院的創新實力不斷增強，在國家創新體系中有了良好的口碑，也有了穩固的席位。
在建設和運行之初，光電院光電工程部只承擔少量科研項目，方向也不明確。通過參與相關的國家“十一五”規劃的論證，以及后期自身的調研，既明確了激光顯示技術作為研究方向，同時也跟蹤簡稱02專項的國家重大專項的立項情況，盯準“極大規模集成電路制造裝備及成套工藝”，與國科激光公司合作開展激光器工程化和產業化研究，逐漸形成了投影光學研究方向及相應的學科點。光電院第二屆領導班子成立后，相里斌院長提出：前瞻國際上的一個新興的交叉學科，計算光學成像技術要做大做強，逐漸形成一支專業化的隊伍；先進激光器技術的研發和產業化工作要繼續跟進，取得更大的進展。
2010年底，光電院對光電工程部進行重組，明確了計算光學成像技術、投影光學技術、半導體泵浦激光技術為三個主要研究方向，共同構成光電院的光電工程科技領域，奮力開拓、攻克、挺進。開拓！開拓！如計算光學成像技術面向新型光學成像探測技術需求，結合工程光學、信息光學、信號與信息處理前沿技術，開展新型計算光學成像等新概念系統的理論與技術探索研究。重點開展計算光譜成像、計算光場成像、相干場成像和超分辨成像等方向的研究。攻克！攻克！如投影光學技術及應用，組織開展光刻機準分子光源、曝光系統和檢測系統等關鍵技術和系統集成技術研究，建設準分子激光器關鍵部件研發及集成測試平臺等，推進其工程化和應用的發展。持續開展激光顯示關鍵技術和共性技術研發，推進激光顯示工程化、產業化發展。
挺進！挺進！如大型復雜激光器技術，開展大型復雜激光器系統的設計、裝校和調試技術，新型全固體激光器、激光放大器的研究，建立相關研發與測試平臺，推進其工程化和產業化發展。在2005年之前，中國的先進光刻機一家都沒有。光電院從“十五”末開始作為總體，組織近十家科研機構進行攻關研制。其中，光刻用準分子激光器是激光器中的極高端產品，是“摩爾定律生命不竭之源”。光電院承擔了光刻準分子激光的攻關任務，取得的每一個階段性成果都屬于國內首創。
光電院在建院之初，就有載人航天工程應用系統技術和小衛星工程技術等航天科技方向，放眼未來之藍天白云，2005年，光電院增添新創了航空科技方向。中科院強化“集團軍”，力促光電院與高能所的聯合，2005年7月13日，氣球飛行器研究中心（簡稱氣球中心）成立，機構就設在光電院，業務也由光電院負責。光電院作為技術總體單位，聯合中航二集團605所等單位，全面開展我國最大的科學探測系留氣球升空平臺系統研制；作為大型系留氣球的總體單位，同時還承擔了球體、測控、供電、發放等分系統的研制。氣球中心新銳驍勇，不僅解決了復雜的關鍵技術和工藝，創造了氣球錨泊系統移動出入庫和錨泊系留新方法，還制定并貫徹執行了一批研制管理、操作的基本規范，按工程化要求進行管理，產品質量得到保障。2007年初，小型飛艇在北京郊區進行試飛。這是氣球中心研制并試飛的第一艘飛艇，也是后來一系列飛艇的原型，具有里程碑意義，不僅首次獲得飛艇的試驗數據和寶貴經驗，還標志著光電院飛艇設計、加工、試驗體系建立。同年年底，kf15飛艇試飛成功。這艘15米長的飛艇，設計和試驗的難度比之前更高出許多。
牛紅兵時任光電院黨委書記兼副院長，一直分管氣球飛行器研究中心。2007年，牛紅兵帶領該中心人員奔赴山東榮城，姜魯華主任也隨隊指導，開展浮空氣球的試驗任務。當時的科研隊伍很年輕，幾乎沒有接觸過浮空氣球。系留氣球項目旗開得勝，為光電院挺進航空領域，開辟創立了一個入口和通道，后來，氣球中心還承擔了高空氣球、平流層動力飛艇等重大項目，在科研取得進展的同時，也探索出與空間總體部不同的總體組織管理模式。 氣球中心捷報頻傳：2012年2月14日，其承擔的“平流層平臺關鍵技術研究”通過驗收——這是中科院知識創新工程一個方向性的項目。專家組經過討論一致認為：該項目完成了任務書所規定的內容，技術指標到達考核指標；項目深化了平流層概念研究和工程可行性研究，進行了平流層平臺部分關鍵技術的攻關，并通過了1000立方米演示系統驗證，突破了該領域的多項關鍵技術，積累了大量的寶貴經驗。
隨著國家重大科技專項導航專項、高分專項等任務的開展，光電院良性循環，憑借導航技術方向和空間系統工程技術方向，逐步拓寬了航空航天工程領域共和國科技的“國家隊”，就必須要有“國家隊”的范兒。積極參與中國衛星導航系統重大專項工作，2009年3月，中科院專門成立了衛星導航專項總體部（簡稱導航總體部），將其依托于光電院。導航總體部執掌的“虎符”，代表著中科院機關，履行衛星導航專項中的戰略規劃、組織協調、任務爭取和管理職能。“每次乘坐飛機，它在引導飛機飛向目的地；每次駕車，它指引實時的地圖與方向；每次災難來襲，它迅速繪測出生命救援的奇跡；衛星導航的應用已深入我們的生活，無所不在……”這是2013年5月15日，第四屆中國衛星導航學術年會閉幕式，“北斗之夜”主持人的一段激情道白。
2013年8月底，相里斌卸任光電院院長一職。相里斌激情澎湃：中科院有很強的學術力量，我們是“登高望遠”的科學家，來自行業和產業的工程師，有一線的豐富的生產實踐經驗，大家要聯起手來做事！中國衛星導航系統管理辦公室（簡稱總裝北斗辦）要搞學術年會活動，就將學術活動依托給了中科院，具體由光電院和北斗辦操作，一年在一個城市舉辦。舉辦的北斗學術年會良性循環：最初是光電院找地方政府，后來變成地方政府主動找光電院。第一屆在北京會議中心，第二屆在上海的世博中心，第三屆在廣州的保利博覽館，2013年的第四屆在武漢舉行。地方政府申請參與學術年會很積極，現已排到了n屆。很多省都給予了經費的匹配。還要競標。學術年會期刊被國際出版商艾斯維爾、德國springer（斯普里格）出版社看好，且ei檢索論文集每年都收錄了200篇左右，進入ei檢索的論文庫。
隨著學術活動的開展，光電院有了導航學會，辦了科技期刊《衛星導航》。目前正申請的中國衛星導航學會，將是個“國”字頭的一級學會。相里斌說：“項目是樹，學術是根，最后出來的科技成果就是豐碩的果實。”新組建不久的單位名不見經傳，想擁有一個學科或行業的學會很難。光電院從前瞻性、戰略性、基礎性工作開始，以“總體”為抓手，自己籌建國家的一級學會，可見其深厚的學術根基。
2014年7月8日，第五屆中國衛星導航學術年會總結會在北京召開。據統計共有297家單位的2965人參會。年會聚合國內學術交流資源，活躍學術交流創新氛圍，推動了北斗參與國際學術活動，推廣普及了衛星導航知識，展示了北斗應用領域的最新政策、技術、成果、產品等。相里斌內心自豪：“這讓我們特別有成就感。我們做了一個比較成功的北斗總體部。”如在應用科技領域，光電院就著實“傲”了一把：其由“天地一體化遙感技術系統”項目牽引，以對地觀測遙感地面系統技術作為切入點，通過系統開展對地觀測系統運行技術、質量技術、定量化應用技術等方面的關鍵技術攻關，確立了對地觀測應用系統工程、新型遙感器機理與應用、定量遙感信息技術三大學科領域。2011年4月，“指揮大廳衛星資源仿真顯示系統”順利部署至中國資源衛星應用中心指揮大廳。由光電院承研的該系統經試運行及多輪升級更新，也已通過了項目驗收。系統功能齊全、界面美觀、運行流暢，獲得了使用方的高度評價。
經多年發展，光電院對地觀測應用科技領域研究，已從集中全部力量，投入“天地一體化遙感技術系統”總體任務，逐步發展成為三大學科領域并行發展、各有側重的態勢，實現了從框架到學科方向的快速發展。對地觀測部的李偉是助理研究員，2009年從北京理工大學博士畢業入職，經受重大任務的磨礪，其不斷成長的青春歲月，代表了光電研究院一批青年科研人員走過的道路。為驗證飛行航空影像的幾何畸變性質，測點前需要根據航線規劃，在衛星地圖上選擇控制點，然后找地面上的對應點。測點一般都地處荒郊野外，李偉為測點要經常打前站，一年中有半年得出差。李偉雖然曾幾次在荒郊迷路，但理想和信念從未為之迷茫。
天地成一體，寰球共冷熱。2013年4月20日，科技部國家遙感中心會同高新司，啟動了國家空間數據獲取與應用應急協同體系和數據共享服務平臺（簡稱蓄水池應急平臺），迅即支持四川雅安的抗震救災。光電院作為蓄水池應急平臺系統技術支撐與服務單位，不斷協調獲取災區遙感數據，并匯交至蓄水池應急平臺，為各部門和地方提供了及時有效的遙感數據支持。僅3天時間，蓄水池應急平臺緊急響應，就已匯集了覆蓋重點災區災前及災后的衛星數據約80gb、災后航空遙感影像約37gb，以超過1000gb的災區遙感數據，向16個部委的30余家單位提供了共享服務。“蓄水池”是個應急平臺，要求其能快速響應。光電院作為一個常備點，若是發生地震等災害，全國的相關數據都要匯集到這里進行及時處理，數據既可提供領導決策，也給用戶單位分發。國土資源航空物探遙感中心便是受益單位之一。2013年6月19日，其發來感謝信稱：“貴單位組織相關力量將震前、震后各類遙感數據匯集于‘蓄水池’中，并多批次及時向我中心無償提供了高分辨率遙感影像，為我中心開展地質災害解譯、地質災害隱患排查提供了強有力數據支撐。”如今，光電工程、航空航天、應用科技，這鼎立三足，構成如今光電院的三大科研體系，“光電集成、天地一體”，形成了結構合理的科研布局。總體有各種各樣：如衛星導航、02辦公室、浮空器中心、國家遙感中心總體部等。這些總體性機構動一發牽全身，陸續落戶于中科院光電院，足以雄辯地證明：光電院的創新實力不斷增強，在國家創新體系中有了良好的口碑，也有了穩固的席位。
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