作者:王之康 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/19 16:50:17
选择字号:
为了中国走向宇宙更深处
——记中国科学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

 

5月15日7时18分,火星探测器“天问一号”成功着陆火星。

中国科学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。团队带头人邸凯昌经历了短暂的激动之后,随即又带领团队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》,下设四个具体的研究方向,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(Where)、是什么(What)、为什么(Why)以及怎么探测(How)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接下来的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,“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”。

这一切,要从13年前说起。

从无到有

2008年7月,邸凯昌结束了在美国俄亥俄州立大学8年的摄影测量与遥感研究工作,回到祖国,在中国科学院遥感应用研究所(现为空天信息创新研究院)任研究员、博士生导师,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。

“一开始,我们三个人挤在一间小小的办公室,办公家具也都是其他办公室淘汰的。”回想起团队成立伊始的艰辛,邸凯昌笑了笑说,“其实这些并不是最难的。”

在他看来,最难的是,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。

于是,在回国的第二年,邸凯昌就在自然科学基金、“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,我们都是和老师们讨论推测出各种方案再进行编码开发。”

最初的筚路蓝缕终于得到了回报:2010年,他们参加第十七届中国遥感大会,博士研究生彭嫚关于月球制图的文章得到了大会优秀青年论文奖。

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(PMRS Lab),并经过论证与研讨,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。

因此,为了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,行星遥感团队在最早的“863”项目支持下搭建了月球车1.0版本,并配备了立体相机、惯导、罗盘和双自由度云台等仪器,可以实现一定的障碍翻越。

“我们当时在怀来的沙漠、永定河河谷、十三陵地区等地进行了多次野外实验测试,而且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,大家每次都是就着矿泉水、面包和呼啸的北风,在野外一待就是一天,晚上还要尽快处理数据,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。

有了这一基础,2010年年初,邸凯昌与北京飞控中心联系,商讨用实际成果与其建立合作关系,支持国家月球探测工程任务。

“在他们的要求下,我们所有成员都全力以赴,加紧了软件系统的开发与测试。”邸凯昌介绍道,刘召芹负责设计了探测车软件功能,万文辉实现了小车的导航定位功能,彭嫚负责相关制图模块,梁健实现了成果图的各种量测功能。“北京飞控中心的领导先后带队来参观了三次。为了保证演示的万无一失,每次他们来之前,我们所有人都是通宵达旦调试硬件和软件。”

功夫不负有心人,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,行星遥感团队开始与中国探月工程结缘,从当时的“嫦娥三号”,后来的“嫦娥四号”“嫦娥五号”,到现在的“天问一号”,一同走过了十多年时间。

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。正如“嫦娥五号”任务结束后,北京飞控中心在对空天信息创新研究院的感谢信中写到的那样:“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、采样定位等过程提供了数据产品和信息支持;软件研制人员一线定位、精心保障软件稳定运行,为任务的圆满成功作出了贡献。”

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,“我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的月球撞击坑研究成果,发表在国际著名期刊《Nature Geoscience》第6期上。

“这项研究利用遥感观测数据与撞击过程数值模拟发现,当陨石在月表的撞击速度低于12 km/s时,大部分陨石在熔融后可以残留下来,而且在撞击坑的后期改造过程中主要积聚在中央峰。”该文章第一作者、团队研究员岳宗玉介绍道,这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。

该文章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《Nature Geoscience》上发表论文,这在当时的中科院遥感地球所(原遥感应用研究所)是一个突破。

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,正是因为在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。

“在行星遥感前沿技术研发方面,我们持续面向国家工程任务,进一步提高遥感制图与视觉导航定位的精度、速度和自动化水平,推动行星探测向智能化方式转变。”邸凯昌进一步总结道,“在行星遥感科学应用方面,我们继续以遥感观测和数值模拟技术相结合,力争在行星形貌演化、矿物反演、地质过程机理等方面取得新的科学发现。”

而伴随着月球和深空探测的持续推进,我们有理由相信,工程应用和科学探索相得益彰的行星遥感团队必将走得更远,中国也必将走向宇宙更深处。

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
祝融号传回火星照片 我国成功发射海洋二号D星
梦源于古怪梦境 新技术让肿瘤自我消灭
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文