可上九天量测.pdf

可上九天量测本刊评论员深空探测，是指对太阳系内除地球以外的行星及其卫星、小行星、彗星等的探测，以及对太阳系以外的银河系乃至整个宇宙的探测。通过深空探测，能帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变、形貌和现状，进一步认识地球环境的形成和演变，认识空间现象和地球自然系统之间的关系。在浩瀚的宇宙面前，人类是渺小的；但人类的空间科学探索精神，是伟大的。世界范围的空间科学与深空探测，已经取得注定要载入史册的诸多成就。中国空间科学与探索的发展也进入了新时代，取得了举世瞩目的科学成果。深空探测的主要内容，一是对太阳系的各个行星进行深入探测，二是天文观测。在天文观测方面，今天人类已把各个波段的天文卫星送入太空。2021年12月25日发射升空的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），是美国宇航局、欧洲航天局和加拿大航天局联合研发的红外线观测用太空望远镜，2022年7月12日，发布了首批5张宇宙深空照片，即46亿年前出现的星系团SMACS 0723，距地球1150光年的系外行星WASP-96b（一颗热木星）大气成分光谱，距地球2000光年的垂死恒星喷出物形成的南天环状星云（船帆座NGC3132），“斯蒂芬五重奏”星系群，船底座大星云中的恒星苗圃和诞生中的恒星。这是迄今最高分辨率的早期宇宙图像，开启了天文学的新时代。2022年，中国的硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”号再次大幅度刷新了最高能量回旋吸收线和宇宙最强磁场直接测量的世界纪录。欧洲空间局的盖亚探测器（Gaia）发布第3批观测数据集DR3，绘制了迄今最详尽的银河系多维全景地图。在太阳系行星探测方面，中国的“嫦娥五号”采集月球样品返回地球，对着陆点的月壤和一块形成于月球深部的岩石进行了反射率光谱测量，首次提供了月球上水的原位探测证据。2022年6月11日，中国“天问一号”探测器着陆火星首批科学影像图公布，利用任务火星车“祝融号”高分辨率相机生成的数字正射影像图（DOM）和数字高程模型（DEM），科研人员研究了着陆区周边区域的壁垒撞击坑、凹锥、山脊、沟槽和横向风成脊等地貌特征；利用“祝融号”获取的短波红外光谱和导航与地形相机数据，发现火星近期水活动迹象。以月球与行星探测为代表的深空探测活动，将人类对于物理空间的认知从地球空间拓展到月球、行星乃至行星际等深空场景空间。如何构建深空探测场景下的空间位置概念、制图内容，并建立相应的制图表达机制和可视化方法，以满足深空探测工程任务实施和重大科学发现的需求，这对测绘地理（空间）信息提出了新的挑战。深空环境的特殊性，决定了一般遵循由远及近、先无人后有人的发展路线。首先要借助较远距离的绕轨卫星，通过测绘遥感获取大范围地理空间信息；之后利用着陆巡视器等，开展近距离的遥感观测获取；最后再进行有人探测活动。因此，测绘地理（空间）信息技术在深空探测中起着极为关键的作用。76主题策划TopicNo?随着人类空间探测技术的不断发展，深空探测已成为测绘地理（空间）信息的科技前沿和新开辟的战场。在多类型深空探测任务的驱动下，逐步形成了以环绕遥感测图、着陆导航遥感避障、巡视导航视觉测图为主的深空测绘地理（空间）信息技术体系。深空探测中的一个重要科学目标，是通过航天遥感测绘手段获得高精度、高分辨率的地外天体形貌测绘产品，从而为后续的一系列探测活动提供基础形貌数据保障。地外天体的形貌测绘产品主要用于着陆区（或采样区）选址、飞行导航、路径规划等深空探测工程任务以及行星地质构造、形貌特征、演化历史等科学研究。地外天体形貌测绘，包含轨道器遥感制图以及巡视器导航相机、地形相机的就位探测制图。近年来，中国成功实施了“嫦娥”系列月球探测工程与“天问一号”火星探测工程。结合深空探测工程任务，中国的地外天体形貌测绘技术也迅速发展，从早期使用国外公开数据的算法验证阶段，进入到依靠自主探测数据的行星遥感制图阶段，制作的地外天体形貌测绘产品很好地支撑了月球、火星探测任务的着陆区选址、着陆导航、巡视勘察等工程任务。2007年10月发射的“嫦娥一号”探测器，制作了空间分辨率为3千米的全月数字高程模型（DEM），分辨率为120米/像素的全月数字正射影像模型（DOM）以及500米格网间距的全月数字高程模型，并且绘制了比例尺为1250万（等高距500米）全月球数字地形图；2010年10月发射的“嫦娥二号”探测器制作了全月地形产品，包括7米、20米、50米三种不同分辨率的DEM与DOM产品；利用LRO NAC影像制作了“嫦娥四号”“嫦娥五号”着陆区的高分辨率DEM产品。2020年7月23日发射的中国“天问一号”火星探测器，利用现有火星地形、影像数据与地质单元图，选择了8个优先着陆区，利用“天问一号”的高分辨率相机影像数据制作了备选着陆区0.7米/像素的DOM以及3.5米/像素的DEM，在此基础上对“祝融号”火星车着陆点进行了精确定位；“天问一号”的科学目标之一，是研究火星形貌与地质构造特征，探测器搭载了中分辨率相机与高分辨率相机，中分辨率相机在400千米轨道高度时的影像分辨率优于100米，计划基于中分辨率相机影像数据制作分辨率为60米/像素的火星全DOM。地外天体着陆巡视探测，正成为深空探测的重要手段，着陆过程中的自主导航与避障是决定着陆任务成败的关键技术之一。我国的“天问一号”火星车采用了视觉里程计定位技术，提高自主导航定位精度。我国“嫦娥”系列探测器采用了结合惯性测量单元、激光测距仪和微波测距测速传感器的导航方式。同济大学首次建立了多波束激光虚拟焦点严密成像模型，提出了多法向大平面和球面控制的激光成像敏感器系统全参数整体检校技术及顾及障碍物测量误差的双螺旋安全着陆区优选方法，用于“嫦娥三号”“嫦娥四号”“嫦娥五号”及火星“天问一号”任务着陆悬停精避障探测的地面验证。毛泽东在水调歌头重上井冈山词中，有“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的名句，这已经成为我国深空探测和深海探测的现实，测绘地理（空间）信息为此提供了关键的技术支撑。未来，测绘地理（空间）信息会致力于帮助人类了解和探测深空环境是什么样子、什么形状，了解人类在更广阔的深空、甚至是宇宙中的空间位置，以更好地服务于深空探测工程与行星科学研究。可上九天量测本刊评论员深空探测，是指对太阳系内除地球以外的行星及其卫星、小行星、彗星等的探测，以及对太阳系以外的银河系乃至整个宇宙的探测。通过深空探测，能帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变、形貌和现状，进一步认识地球环境的形成和演变，认识空间现象和地球自然系统之间的关系。在浩瀚的宇宙面前，人类是渺小的；但人类的空间科学探索精神，是伟大的。世界范围的空间科学与深空探测，已经取得注定要载入史册的诸多成就。中国空间科学与探索的发展也进入了新时代，取得了举世瞩目的科学成果。深空探测的主要内容，一是对太阳系的各个行星进行深入探测，二是天文观测。在天文观测方面，今天人类已把各个波段的天文卫星送入太空。2021年12月25日发射升空的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），是美国宇航局、欧洲航天局和加拿大航天局联合研发的红外线观测用太空望远镜，2022年7月12日，发布了首批5张宇宙深空照片，即46亿年前出现的星系团SMACS 0723，距地球1150光年的系外行星WASP-96b（一颗热木星）大气成分光谱，距地球2000光年的垂死恒星喷出物形成的南天环状星云（船帆座NGC3132），“斯蒂芬五重奏”星系群，船底座大星云中的恒星苗圃和诞生中的恒星。这是迄今最高分辨率的早期宇宙图像，开启了天文学的新时代。2022年，中国的硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”号再次大幅度刷新了最高能量回旋吸收线和宇宙最强磁场直接测量的世界纪录。欧洲空间局的盖亚探测器（Gaia）发布第3批观测数据集DR3，绘制了迄今最详尽的银河系多维全景地图。在太阳系行星探测方面，中国的“嫦娥五号”采集月球样品返回地球，对着陆点的月壤和一块形成于月球深部的岩石进行了反射率光谱测量，首次提供了月球上水的原位探测证据。2022年6月11日，中国“天问一号”探测器着陆火星首批科学影像图公布，利用任务火星车“祝融号”高分辨率相机生成的数字正射影像图（DOM）和数字高程模型（DEM），科研人员研究了着陆区周边区域的壁垒撞击坑、凹锥、山脊、沟槽和横向风成脊等地貌特征；利用“祝融号”获取的短波红外光谱和导航与地形相机数据，发现火星近期水活动迹象。以月球与行星探测为代表的深空探测活动，将人类对于物理空间的认知从地球空间拓展到月球、行星乃至行星际等深空场景空间。如何构建深空探测场景下的空间位置概念、制图内容，并建立相应的制图表达机制和可视化方法，以满足深空探测工程任务实施和重大科学发现的需求，这对测绘地理（空间）信息提出了新的挑战。深空环境的特殊性，决定了一般遵循由远及近、先无人后有人的发展路线。首先要借助较远距离的绕轨卫星，通过测绘遥感获取大范围地理空间信息；之后利用着陆巡视器等，开展近距离的遥感观测获取；最后再进行有人探测活动。因此，测绘地理（空间）信息技术在深空探测中起着极为关键的作用。76主题策划TopicNo?随着人类空间探测技术的不断发展，深空探测已成为测绘地理（空间）信息的科技前沿和新开辟的战场。在多类型深空探测任务的驱动下，逐步形成了以环绕遥感测图、着陆导航遥感避障、巡视导航视觉测图为主的深空测绘地理（空间）信息技术体系。深空探测中的一个重要科学目标，是通过航天遥感测绘手段获得高精度、高分辨率的地外天体形貌测绘产品，从而为后续的一系列探测活动提供基础形貌数据保障。地外天体的形貌测绘产品主要用于着陆区（或采样区）选址、飞行导航、路径规划等深空探测工程任务以及行星地质构造、形貌特征、演化历史等科学研究。地外天体形貌测绘，包含轨道器遥感制图以及巡视器导航相机、地形相机的就位探测制图。近年来，中国成功实施了“嫦娥”系列月球探测工程与“天问一号”火星探测工程。结合深空探测工程任务，中国的地外天体形貌测绘技术也迅速发展，从早期使用国外公开数据的算法验证阶段，进入到依靠自主探测数据的行星遥感制图阶段，制作的地外天体形貌测绘产品很好地支撑了月球、火星探测任务的着陆区选址、着陆导航、巡视勘察等工程任务。2007年10月发射的“嫦娥一号”探测器，制作了空间分辨率为3千米的全月数字高程模型（DEM），分辨率为120米/像素的全月数字正射影像模型（DOM）以及500米格网间距的全月数字高程模型，并且绘制了比例尺为1250万（等高距500米）全月球数字地形图；2010年10月发射的“嫦娥二号”探测器制作了全月地形产品，包括7米、20米、50米三种不同分辨率的DEM与DOM产品；利用LRO NAC影像制作了“嫦娥四号”“嫦娥五号”着陆区的高分辨率DEM产品。2020年7月23日发射的中国“天问一号”火星探测器，利用现有火星地形、影像数据与地质单元图，选择了8个优先着陆区，利用“天问一号”的高分辨率相机影像数据制作了备选着陆区0.7米/像素的DOM以及3.5米/像素的DEM，在此基础上对“祝融号”火星车着陆点进行了精确定位；“天问一号”的科学目标之一，是研究火星形貌与地质构造特征，探测器搭载了中分辨率相机与高分辨率相机，中分辨率相机在400千米轨道高度时的影像分辨率优于100米，计划基于中分辨率相机影像数据制作分辨率为60米/像素的火星全DOM。地外天体着陆巡视探测，正成为深空探测的重要手段，着陆过程中的自主导航与避障是决定着陆任务成败的关键技术之一。我国的“天问一号”火星车采用了视觉里程计定位技术，提高自主导航定位精度。我国“嫦娥”系列探测器采用了结合惯性测量单元、激光测距仪和微波测距测速传感器的导航方式。同济大学首次建立了多波束激光虚拟焦点严密成像模型，提出了多法向大平面和球面控制的激光成像敏感器系统全参数整体检校技术及顾及障碍物测量误差的双螺旋安全着陆区优选方法，用于“嫦娥三号”“嫦娥四号”“嫦娥五号”及火星“天问一号”任务着陆悬停精避障探测的地面验证。毛泽东在水调歌头重上井冈山词中，有“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的名句，这已经成为我国深空探测和深海探测的现实，测绘地理（空间）信息为此提供了关键的技术支撑。未来，测绘地理（空间）信息会致力于帮助人类了解和探测深空环境是什么样子、什么形状，了解人类在更广阔的深空、甚至是宇宙中的空间位置，以更好地服务于深空探测工程与行星科学研究。