为了让中国走向宇宙更深处

2021-05-26 09:17来源: 中国科学报
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  ■记者 王之康

  日前,火星探测器天问一号成功着陆火星。中科院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室行星遥感团队(以下简称行星遥感团队)在北京航天飞行控制中心(以下简称北京飞控中心)见证了这一历史时刻。在短暂的激动之后,团队带头人邸凯昌随即又和他的同事们投入到下一步工作当中——为祝融号火星车巡视探测保驾护航。

  “我们团队的研究方向是行星遥感,或者叫深空探测遥感。”邸凯昌告诉《中国科学报》,具体而言有四个研究方向,即行星摄影测量、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。“简单来说,这四个方向分别解决在哪里、是什么、为什么以及怎么探测的问题。”

  在此次天问一号探测任务中,行星摄影测量技术已经成功应用于着陆区制图与形貌分析从而支持着陆部分,遥操作环境感知与导航定位技术也将在巡视探测中发挥重要作用。

  据邸凯昌介绍,目前国内遥感领域从事这个方向研究的人并不多,而他们团队十几年来却始终坚持这个方向。他们“面向国际学术前沿开展研究,面向国家重大需求开发行星遥感制图与导航定位关键技术”,是因为“为国家重大工程作贡献是一件令人非常自豪的事,更是为了中国走向宇宙更深处”。

  从无到有

  这一切,要从13年前说起。

  2008年7月,刚刚归国的邸凯昌,在中科院遥感应用研究所(现为空天信息创新研究院)任研究员,并与刚刚博士毕业的刘召芹、岳宗玉组成了行星制图与遥感研究组。

  当时中科院遥感应用研究所和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研究和应用十分薄弱。而在他回国前的5个月,“嫦娥三号”工程已经正式立项,大力发展月球与深空探测势在必行,这就要求行星遥感研究与应用方面必须实现突破。

  “可以说,当时在国内开展行星遥感研究,挑战非常大,但同时也充满了机遇。”邸凯昌说。

  在回国的第二年,邸凯昌就在国家自然科学基金、“863”项目等的支持下,招收了2名博士生和2名硕士生,开启了行星遥感方向的研究。

  “邸老师要求很严格,虽然我当时是研一新生,但也必须每周回所里参加组会,经常开会推公式、讨论问题。”如今在国家遥感中心工作的刘一良博士回忆道。

  这一点也得到了团队副研究员彭嫚的验证:“那时候,国内做行星制图的人很少,没什么参考资料,相关网站和论坛上的解释也是只言片语,我们都是讨论推测出各种方案,再进行编码开发。”

  也就是在那一年的8月,作为国内最早专注于行星遥感的团队之一,他们正式成立了行星制图与遥感实验室,并确定了后来的四个具体研究方向。

  从嫦娥到天问

  行星遥感团队成立伊始,在方法技术研究上就瞄准了支撑我国月球与深空探测重大工程任务。

  为更好地测试和验证所研发的视觉导航定位与环境感知关键技术,行星遥感团队搭建了月球车1.0版本,并配备了立体相机、惯性导航系统、罗盘和双自由度云台等仪器,可以实现一定的障碍翻越。

  “我们当时进行了多次野外实验测试,为了和深空环境保持相似性,每次野外实验都选在冬天。”团队助理研究员万文辉告诉《中国科学报》,“那时候还没有各种外卖App,大家每次吃饭都是面包就着矿泉水和呼啸的北风,在野外一待就是一天,晚上要尽快处理数据,确定行车轨迹和路线,有时候还得返工。”

  最终,在这样密集的测试下,行星遥感团队开发的算法和软件成功通过了工程应用标准。

  2011年12月,以行星制图与遥感实验室为载体,中科院遥感应用研究所与北京飞控中心联合成立了深空探测遥操作联合研究中心。从此,行星遥感团队与中国探月工程结缘,一同走过了近十年时间。

  其间,他们力求“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”,为探月工程的成功开展提供了强有力的技术支撑。

  也正是凭着这种精益求精的精神,他们赢得了中国首次自主火星探测任务中的着陆区环境感知和火星车视觉导航定位等关键技术研发任务,继续在天问一号任务中攻坚克难。

  从工程任务到前沿探索

  不过,正如邸凯昌所言,他们“不仅做关键技术研发支持工程任务,也面向世界行星科学前沿,始终如一地进行科学探索”。

  比如,2013年,行星遥感团队与美国普渡大学H. Jay Melosh院士及其团队合作完成了月球撞击坑研究成果。

  这被认为是行星科学研究的重大发现,而研究人员以第一单位、第一作者在《自然—地球科学》上发表论文,这在当时的中科院遥感与数字地球研究所(原遥感应用研究所)是一个突破。

  论文第一作者、团队研究员岳宗玉介绍道,这项研究不仅以定量化的方式分析了哥白尼撞击坑中央峰物质的可能来源,也为寻找可能的陨石残留物提供了关键信息。

  除此之外,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现,对于认识月球背面地质演化历史和深部物质具有重大意义,其研究成果还入选了国家航天局公布的“嫦娥四号”原创性成果。

  在邸凯昌看来,正是因为工程应用和科学探索两方面的成果相得益彰,才使行星遥感团队确立了在国内外行星测绘遥感领域的优势地位。他们也将继续在两方面都努力下去。

[责任编辑: 武玥彤 ]
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