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可快速关注咱们 本文内容摘自《中国测绘》2021年第3期
1978年5月28日，美国总统国家安全事务顾问布热津斯基拜访中国，并带来了一份尤其的礼物：质量仅1克的月岩样品。
这份样品被一分为二：一半珍藏在北京天文馆用于参观；另一一半用于科研。
2021年2月22日，国家博物馆官微信息叫作，由中国嫦娥五号月球探测器（以下简叫作“嫦娥五号”）带回的月壤(GB93484号藏品)，已运抵国家博物馆，即将面向社会公众展出。此时距离嫦娥五号带回约1731克月球样品并安全着陆过去了两个月时间，距获赠1克月岩样品过去了43年。
此刻，咱们有了自己从月球带回的月壤样品！
做为我国日前为止繁杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，嫦娥五号实现了我国首次月面采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、携带样品再返地球等多项重大突破，其成功实施，标志着于2004年正式起步的探月工程“绕、落、回”三步走规划如期圆满完成。
时间回到2020年12月1日23时11分，嫦娥五号着陆器和提升器组合体在预选着陆区成功着陆。这个夜晚，中国科学院空天信息创新科研院（以下简叫作“空天院”）科研员邸凯昌的脑海依旧被嫦娥五号填满，就像他带领的行星遥感团队通宵达旦攻坚的每一个夜晚同样。
嫦娥五号在月球着陆，邸凯昌和团队承研的图像分析处理软件为嫦娥五号预选着陆区制图、着陆点定位、采样区重建与分析、采样定位等供给了数据制品和信息支持。
嫦娥五号月球采样的向导
嫦娥五号的全部任务过程，被划分为多达11个周期，包含：发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月球工作、月面提升、交会对接与样品转移、环月等待、月地转移、再入回收。
这里项艰巨繁杂的任务中，行星遥感团队开发了视觉定位与制图技术软件，并在北京航天飞行掌控中心（以下简叫作“北京飞控中心”）直接应用于任务运行。 
任务结束后，北京飞控中心在对空天院的感谢信中写到：“在任务准备和实施过程中，贵单位承研的图像分析处理软件运行稳定、计算准确，在预选着陆区制图、着陆点定位、采样区重建与分析、采样定位等过程供给了数据制品和信息支持；软件研制人员一线定位、精心保证软件稳定运行，为任务的圆满成功作出了贡献。这里，对贵单位给予中心工作的大力支持和密切协同暗示衷心的感谢！”
回忆起嫦娥五号成功着陆的场景，邸凯昌脸上仍会露出兴奋激动之情。
而在嫦娥五号成功着陆月面当天，伴同邸凯昌的除了激动，更加多的还是紧张，即便他已与中国探月工程相伴十数年。“此刻，航天活动依旧是一项高难度、高危害的活动。嫦娥五号在月球着陆之后，后续的有些关键节点，如进行月面钻探取样、月壤抓取取样、样品封装、月面起飞、月球轨道交汇对接、携带样品返回地球等，这些都是中国首次尝试。”
“嫦娥五号着陆时，咱们在北京飞控中心参加任务，咱们的首要工作是着陆点的定位和采样区的评定，这些工作针对精度、靠谱性和即时性需求都很高。”邸凯昌说。早在嫦娥五号发射之前，行星遥感团队开发了新的摄影测绘平差和遥感制图技术，制作了预选着陆区（413.8km×121.4km）分辨率为1.5m的无缝正射影像图，并基于这个高分辨率大图做了着陆区形貌分析，包含撞击坑统计分析与地质单元定年、月壤厚度估算等。
嫦娥五号着陆后，行星遥感团队成员与北京飞控中心同事一道，立即经过图像匹配和视觉定位技术，运用降落相机序列图像和之前制作好的轨道器正射影像底图，第1时间确定了着陆器的位置，实现了着陆点的高精度定位。
嫦娥五号着陆区LROC NAC正射影像图及着陆点定位结果
着陆点的高精度定位为提升器月面起飞及后续的交会对接供给了关键信息，同期，基于该着陆点定位结果的多源遥感影像分析能够对接下来样品的科学科研供给重要的地质背景信息。
在月面作业时期，邸凯昌团队还基于视觉的月面采样区快速分析以及采样、放样、装罐、放罐过程的快速定位，为机械臂快速调节供给支持。“机械进行采样，达不到人的灵敏程度，因此呢需要对月面环境进行分析判断，获取图像数据后，地面掌控站工作人员一同进行分析，确定采样点，发送指令采样。完成采样后，怎样将样品准确放进样品罐，视觉定位技术供给了有力支撑。”邸凯昌介绍道。
用遥感技术进行对地观测对许多人来讲并不陌生，据邸凯昌介绍，早在二十世纪五六十年代，遥感技术已起始应用于月球和深空探测。 “因为月球与地球环境大不相同，遥感技术在月球与地球的应用上有许多区别之处。“因为月球卫星轨道和姿态测绘精度低、月球表面难以得到掌控点、月球无卫星导航定位设备、月球无大气因而影像受光照要求变化影响大等受限要求，月球遥感制图及导航定位拥有很大的挑战和更大的难度。另一，因为应用场景和需要的区别，月球遥感制图与对地观测制图发展重点亦不尽相同。”邸凯昌说。
随着月球探测的深入开展，在月球严酷的环境中，月球探测工程和科学科研对更高精度、更高分辨率、更好覆盖性、更高时效性的月球摄影测绘与遥感技术和制品提出了新的需要。
虽然月球上的摄影测绘与地球上的对地观测存在很大区别，邸凯昌认为二者存在着紧密联系并且应该相互促进。“一方面，咱们把地球上已有的技术和经验应用到探月工程上，同期在处理月球上的应用困难过程中，拓展摄影测绘与遥感技术体系，反过来亦能够支持摄影测绘技术的对地观测应用。”
“嫦娥五号工程任务完成得非常成功。对月球样品的科学科研才刚起始。此次的着陆采样区域是国际上从未踏足的地质年龄相当青年的区域，对样品的深入科研及与多源遥感数据综合分析后将会持续产生重大的科学发掘，非常值得期待。”针对此次探月之后的科学科研，邸凯昌满怀期待。
从嫦娥三号到嫦娥五号，十年探月，砥砺前行
1985年，邸凯昌考入武汉测绘科技大学（后并入武汉大学）摄影测绘与遥感专业。四年后，他起始攻读硕士学位。硕士毕业后，邸凯昌在原地矿部航空物探遥感中心参加工作，三年后，他回到母校读博，师从李德仁与李德毅两位院士。读博时期，邸凯昌跟随李德仁院士去美国参加的一次国际学术会议让他大开眼界，因而产生了出国深造的念头，并得以在2000年成行。
他来到美国俄亥俄州立大学土木环境工程与测绘系从事摄影测绘与遥感科研工作，重点科研行业为高精度火星车定位导航与地形测图、高分辨率卫星几何定位处理及海岸带测图等，时期他还参加了勇气号和机遇号火星车探测任务，在火星车导航定位与地形制图中发挥了重要的功效。自那时起，邸凯昌的研究事业风生水起。
2008年，做为中科院“百人计划”入选者，邸凯昌回到了祖国，到中科院遥感应用科研所任科研员、博士生导师，并成立行星遥感团队（行星制图与遥感实验室）。
行星制图与遥感实验室有固定科研人员8名（其中科研员3名、副科研员3名和助理科研员2名），博士与硕士科研生近10名，是一个精干的团队。
彼时，中科院遥感应用科研所及国内测绘遥感界的遥感应用基本都是对地观测，对月球和行星遥感的科研和应用非常薄弱。我国大力发展月球与深空探测，需要行星遥感的科研与应用突破，机会与挑战都摆在了邸凯昌面前。在这般的状况下，邸凯昌与中国探月工程结缘，并一同走过了十数年时间。
在嫦娥三号和嫦娥四号月球着陆巡视任务中，邸凯昌带领的行星遥感团队突破了大区域多源行星遥感数据高精度制图、深空探测车视觉导航定位与环境感知关键技术。
邸凯昌参加嫦娥四号任务时的⼯作场景
在嫦娥三号、嫦娥四号工程中，技术和软件成果在北京飞控中心业务化应用于着陆点定位、地形重建、阻碍识别、月球车导航定位等关键任务，为工程作出了重要贡献，取得了重大社会效益。两次任务中，邸凯昌与团队面对的还是多个“国内首次”的挑战，但她们顶住压力，顺利完成为了任务：
例如，运用导航相机立体图像，在月球车行驶过程的每一个导航点，自动生成份辨率为0.02m的局部数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM），并在这些图件的基本上进行地形分析和阻碍识别，用于支持月球车路径规划。
再如，在获取可全景立体图像的某些停泊点，自动生成高分辨率DEM，用于表面特征分析和科学目的选取。像在嫦娥四号任务中，利用玉兔二号月球车全景相机立体图像自动生成为了三个停泊点处的三个0.05m分辨率的DEM，并按照视觉定位技术确定的月球车精确位置合并为一个更大的DEM（380×390m），这个DEM在着陆区地形演化的科研中发挥了重要功效。
高精度的月球车定位针对月球车路径规划和接近科学目的至关重要。车载航位推算系统，包含车轮里程表和惯性测绘单元，能够实时供给月球车的位置，但因为车轮打滑和惯性测绘单元漂移会有很强的定位误差。行星遥感团队研发了两种视觉定位技术，即跨站点视觉定位和DOM匹配技术，利用导航相机图像对月球车进行高精度定位。
玉兔二号月球车前12个月昼的行驶路线图
做为嫦娥三号备份星的嫦娥四号，首次在月球背面登陆与巡视勘察，但亦与嫦娥三号有着多处区别。例如在着陆环境方面，嫦娥四号的着陆区为月球背面靠近南极的冯·卡门撞击坑，着陆区在中低分辨率影像图上远看比较平坦，但在高分辨率影像图上看布满大体积小的撞击坑，崎岖不平。因此呢，嫦娥四号的着陆和月面行驶拥有更大的挑战性。
嫦娥四号着陆区LROC NAC正射影像图及着陆点定位结果
从嫦娥三号到嫦娥四号，邸凯昌与团队进一步提高了算法的靠谱性，并用更加多数据进行测实验证，为月球车安全精确行驶保驾护航。
同期，从嫦娥三号到嫦娥四号，载荷的安顿亦出现了有些变化。为此，在嫦娥四号执行任务中，行星遥感团队还完成为了一次紧急的软件功能“升级”。
嫦娥三号任务的玉兔号月球车与嫦娥四号任务的玉兔二号月球车在月球表面
执行嫦娥四号任务的玉兔二号月球车，无可活动的机械臂来安装光谱仪，因此红外影像光谱仪固定安装在月球车车体前部，因为光谱仪视场角很小，要对准一个小的科学目的（如石块）进行光谱探测需要移动和旋转月球车全部车体，在必定距离之外做路径规划时一方面要在繁杂的地形中精细行驶到目的物面前，还要保准光谱仪对准目的才可获取光谱数据。怎样更精确地进行路径规划从而减少车体调节对准目的的次数？
针对这一新需要，团队成员与北京飞控中心反复科研，提出经过位置预测加视场投影的办法验证和辅助路径规划。有认识题思路后，行星遥感团队马一直蹄抓紧增多功能并调试，根据规划路径行驶时，按照车体的位置与姿态、车体固连的光谱仪的位置与视场角，提前预测能否达到目的物面前就可精细获取其数据。这极重减少了光谱仪为对准目的物而调节全部车体的位置与姿态的动作。增多的预测功能，经过摄影测绘投影和视觉定位技术的应用，大大加强了科学目的探测的效率。 ““大众顶着那样大的压力，在一天的时间中赶出来这么一个功能，事实证明，这个功能非常重要，亦特别有效。”从邸凯昌平缓的语速中，却依旧让人感受到那时的紧张与成功的喜悦。
邸凯昌与团队的研制成果在嫦娥五号着陆、采样的两天时间中发挥了重要功效，为此，她们准备了两年。“虽然在嫦娥三号和嫦娥四号累积了经验，等到嫦娥五号时，咱们依旧要处理多个‘首次问题’。研发算法后，咱们进行了海量的测试。”
“除认识决技术本身的难点，咱们还完成为了海量的软件升级换代工作。与此同期，咱们还在数字月球系统中进行了海量的仿真模拟，多方面保证嫦娥五号任务的执行。”邸凯昌介绍道。
而说到其中最难忘的事，邸凯昌抬起头来，思绪似乎飞到了地球以外，飞到了月球乃至更遥远的宇宙。采访中始终回答专业且快速的他，短暂停顿，似有千言万语，但只说了三个字：“太多了。”
从嫦娥三号到嫦娥五号，为了圆满完成为了任务，少不了“挑灯夜战”。2020年，除了面对嫦娥五号探测实施的压力，还要面对疫情的影响。“加班是常有的，在项目的有些关键节点以及遇到困难时，通宵亦是常态。巨大的压力下，人的心情亦会随着项目节点出现变化，此刻，大众已然适应了这个过程。经过持续地测试直至项目完成，那时候就会觉得所有付出都值得。”
“十年来，咱们团队亦锻导致为一个技术过硬、团结奋进的团队，得到了各方面的认可和赞许。”邸凯昌说。“团队的刘召芹博士在突破关键技术，组织大众完成研发软件方面贡献很大，成果明显，执行嫦娥四号任务后他在空天院激烈的职叫作评定竞争中晋升为科研员。”邸凯昌真心为团队成员的收获感到高兴。
为项目任务全力以赴的同期，邸凯昌亦与团队成员、项目成员加深了信任。长时间的协作不仅让她们一起解决项目难关，亦让她们在今后的研究中相互成就。
“咱们团队的科研方向是行星遥感，或叫深空探测遥感，遥感行业从事这个方向科研的人并不多，咱们能够始终保持这个方向，面向国际学术前沿开展科研，面向国家重大需要研发行星遥感制图与导航定位关键技术，为国家的重大工程作了一点小小的贡献，咱们很高兴，亦非常自豪。”邸凯昌保持了一贯的谦虚。
针对遥感技术在月球与深空探测国家重大工程中怎样发挥功效，邸凯昌认为，行星遥感技术的核心是要把多平台（轨道器、着陆器、巡视器）获取的多类型遥感数据（影像、光谱、激光测高等）处理转换成有价值的信息制品，支撑工程任务实施和行星科学科研，加强探测能力和对行星的科学认知水平。在行星数据—信息—知识的价值链条中，遥感处在中间位置。加强与前端数据获取和后端行星科学科研的结合，行星遥感技术能够发挥更大功效。
在开发遥感制图和视觉导航定位技术用于工程任务的同期，行星遥感团队利用嫦娥四号就位探测影像与光谱数据，在着陆区冯·卡门坑地形演化、着陆区矿物、着陆区太空风化与月壤成熟度等方面取得多项成果和重要科学发掘，针对认识月球背面地质演化历史和深部物质拥有重大道理，其科研成果还入选了国家航天局颁布的嫦娥四号原创性成果。
“高光谱数据矿物反演和太空风化分析等重要成果重点是我的学生芶盛博士做的，嫦娥四号在月球背面获取的宝贵数据有力地促进了我国行星遥感和行星科学行业青年人才的培养。”说起团队成员的研究成果，邸凯昌不吝肯定。
在深空探测中的更加多做为
邸凯昌的办公室，窗明几净，办公桌上除了电脑还有月球仪和火星仪，旁边提示板上是月球着陆区高分辨率影像图，书柜里满满的书籍，书籍旁边摆放着几张月球探测器、探测器登陆月球留下的足迹的照片。采访中，邸凯昌转动月球仪、火星仪为记者讲述他的“星辰征程”，他总能一下子找到月球与火星上关联的位置，娓娓而谈。
邸凯昌领衔的行星遥感团队总的科研方向是行星遥感，下设四个详细的科研方向：行星摄影测绘、行星表面遥感探测、行星地质过程机理与比较行星学、遥操作环境感知与导航定位。 ““概略地说，这四个详细方向分别处理在哪里(Where)、是什么(What)、为何(Why)、什么探测(How)的问题，简叫作“3W1H”问题。”邸凯昌说。
其中第1和第四个方向的关键技术已成功应用于嫦娥三号、四号和五号探月任务，亦会应用于天问一号火星探测任务中的着陆和巡视探测。
邸凯昌认为，就像咱们面前有一座山，人类自然地想去攀登、想去更高处看风景的天性。专家进行行星科学的科研，一方面是出于好奇的天性，针对行星和宇宙的科研，拓宽人类认知边界的同期，亦将提高对自己生活所在地球的认知。
“与此同期，国家的航天工程做为一个系统化的工程，在支持科学探索的同期，无疑会促进一系列战略高技术的发展，并带动关联产业的发展，其中非常多高技术的进一步应用最后亦会走进千家万户的生活。而对月球和行星资源和能源的利用，在不远的将来亦将再也不仅存于科幻小说中。咱们的科研，除了好奇心，更加多的要面向任务需要。”邸凯昌说道。
“
国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华在资讯发布会上介绍到：“以嫦娥五号任务圆满完作为起点，我国探月工程四期和行星探测工程将接续实施。”
日前，首次火星探测任务天问一号正在奔火的征程；嫦娥六号、七号、八号，小行星探测、火星取样返回、木星系探测等工程任务亦将按计划持续实施。”能够预见的是，邸凯昌与行星遥感团队的智慧与创造亦将继续伴同我国月球和深空探测任务连续发光发热。
面对将来，邸凯昌期盼脚踏实地加强行星遥感关键技术开发和工程应用的同期，继续开展比较行星学的科研。“例如，在技术方面，继续提高月球车与火星车的智能化水平与感知能力，提高行驶的安全性与效率；在科学认知方面，经过火星与地球形貌和演化的比较科研，深化对行星的科学认识。”
END
文 / 本刊记者 公海燕 图 / 受访者供给
编辑：张永超
初审：齐 阳
审核：彭震中  fill=%23FFFFFF%3E%3Crect x=249 y=126 width=1 height=1%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E)
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发表于 2024-10-10 12:57:12