2021年2月22日，国家博物馆官微消息称，由中国嫦娥五号月球探测器（以下简称“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。
现在，我们有了自己从月球带回的月壤样品！
作为我国目前为止复杂度最高、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年正式启动的探月工程“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，嫦娥五号着陆器和上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研究院（以下简称“空天院”）研究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一样。
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、采样定位等提供了数据产品和信息支持。
在此项艰巨复杂的任务中，行星遥感团队研发了视觉定位与制图技术软件，并在北京航天飞行控制中心（以下简称“北京飞控中心”）直接应用于任务运行。
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，伴随邸凯昌的除了激动，更多的还是紧张，即便他已与中国探月工程相伴十多年。“现在，航天活动依旧是一项高难度、高风险的活动。嫦娥五号在月球着陆之后，后续的一些关键节点，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，我们在北京飞控中心参加任务，我们的首要工作是着陆点的定位和采样区的评估，这些工作对于精度、可靠性和及时性要求都很高。”邸凯昌说。早在嫦娥五号发射之前，行星遥感团队研发了新的摄影测量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，包括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，立即通过图像匹配和视觉定位技术，使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，第一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上升器月面起飞及后续的交会对接提供了关键信息，同时，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研究提供重要的地质背景信息。
在月面作业期间，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，为机械臂快速调整提供支持。“机械进行采样，达不到人的灵敏程度，因此需要对月面环境进行分析判断，获取图像数据后，地面控制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，如何将样品准确放进样品罐，视觉定位技术提供了有力支撑。”邸凯昌介绍道。
用遥感技术进行对地观测对许多人来说并不陌生，据邸凯昌介绍，早在二十世纪五六十年代，遥感技术已开始应用于月球和深空探测。
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研究对更高精度、更高分辨率、更好覆盖性、更高时效性的月球摄影测量与遥感技术和产品提出了新的需求。
虽然月球上的摄影测量与地球上的对地观测存在很大不同，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，我们把地球上已有的技术和经验应用到探月工程上，同时在解决月球上的应用难题过程中，拓展摄影测量与遥感技术体系，反过来也可以支持摄影测量技术的对地观测应用。”
“嫦娥五号工程任务完成得非常成功。对月球样品的科学研究才刚开始。此次的着陆采样区域是国际上从未踏足的地质年龄相当年轻的区域，对样品的深入研究及与多源遥感数据综合分析后将会陆续产生重大的科学发现，非常值得期待。”对于此次探月之后的科学研究，邸凯昌满怀期待。
1985年，邸凯昌考入武汉测绘科技大学（后并入武汉大学）摄影测量与遥感专业。四年后，他开始攻读硕士学位。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。读博期间，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量系从事摄影测量与遥感研究工作，主要研究领域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，期间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作用。自那时起，邸凯昌的科研事业风生水起。
彼时，中科院遥感应用研究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研究和应用十分薄弱。我国大力发展月球与深空探测，需要行星遥感的研究与应用突破，机会与挑战都摆在了邸凯昌面前。在这样的情况下，邸凯昌与中国探月工程结缘，并一同走过了十多年时间。
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、障碍识别、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，但他们顶住压力，顺利完成了任务：
高精度的月球车定位对于月球车路径规划和接近科学目标至关重要。车载航位推算系统，包括车轮里程表和惯性测量单元，可以实时提供月球车的位置，但由于车轮打滑和惯性测量单元漂移会有较大的定位误差。行星遥感团队开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
作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，但也与嫦娥三号有着多处不同。比如在着陆环境方面，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大小小的撞击坑，崎岖不平。因此，嫦娥四号的着陆和月面行驶具有更大的挑战性。
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升了算法的可靠性，并用更多数据进行测试验证，为月球车安全精确行驶保驾护航。
同时，从嫦娥三号到嫦娥四号，载荷的安置也发生了一些变化。为此，在嫦娥四号执行任务中，行星遥感团队还完成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，没有可活动的机械臂来安装光谱仪，因此红外成像光谱仪固定安装在月球车车体前部，由于光谱仪视场角很小，要对准一个小的科学目标（如石块）进行光谱探测需要移动和旋转月球车整个车体，在一定距离之外做路径规划时一方面要在复杂的地形中精准行驶到目标物面前，还要保证光谱仪对准目标才能获取光谱数据。如何更精确地进行路径规划从而减少车体调整对准目标的次数？
针对这一新需求，团队成员与北京飞控中心反复研究，提出通过位置预测加视场投影的方法验证和辅助路径规划。有了解题思路后，行星遥感团队马不停蹄抓紧增加功能并调试，按照规划路径行驶时，根据车体的位置与姿态、车体固连的光谱仪的位置与视场角，提前预测能否达到目标物面前即可精准获取其数据。这极大减少了光谱仪为对准目标物而调整整个车体的位置与姿态的动作。增加的预测功能，通过摄影测量投影和视觉定位技术的应用，大大提高了科学目标探测的效率。
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，飞到了月球甚至更遥远的宇宙。采访中一直回答专业且迅速的他，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，在项目的一些关键节点以及遇到困难时，通宵也是常态。巨大的压力下，人的情绪也会随着项目节点发生变化，现在，大家已经适应了这个过程。经过不断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，我们团队也锻造成为一个技术过硬、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，组织大家完成开发软件方面贡献很大，成果突出，执行嫦娥四号任务后他在空天院激烈的职称评定竞争中晋升为研究员。”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时，邸凯昌也与团队成员、项目成员加深了信任。长期的协作不仅让他们共同攻克项目难关，也让他们在今后的科研中相互成就。
“我们团队的研究方向是行星遥感，或者叫深空探测遥感，遥感领域从事这个方向研究的人并不多，我们能够始终坚持这个方向，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，为国家的重大工程作了一点小小的贡献，我们很高兴，也非常自豪。”邸凯昌保持了一贯的谦虚。
对于遥感技术在月球与深空探测国家重大工程中如何发挥作用，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产品，支撑工程任务实施和行星科学研究，提高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，遥感处于中间位置。加强与前端数据获取和后端行星科学研究的结合，行星遥感技术可以发挥更大作用。
在研发遥感制图和视觉导航定位技术用于工程任务的同时，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。
“高光谱数据矿物反演和太空风化分析等重要成果主要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领域青年人才的培养。”说起团队成员的科研成果，邸凯昌不吝肯定。
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相关的位置，娓娓而谈。
邸凯昌领衔的行星遥感团队总的研究方向是行星遥感，下设四个具体的研究方向：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。
其中第一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，也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，就像我们面前有一座山，人类自然地想去攀登、想去更高处看风景的天性。科学家进行行星科学的研究，一方面是出于好奇的天性，对于行星和宇宙的研究，拓宽人类认知边界的同时，也将提升对自身生活所在地球的认知。
“与此同时，国家的航天工程作为一个系统化的工程，在支持科学探索的同时，无疑会促进一系列战略高技术的发展，并带动相关产业的发展，其中很多高技术的进一步应用最终也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，在不远的未来也将不再仅存于科幻小说中。我们的研究，除了好奇心，更多的要面向任务需求。”邸凯昌说道。
目前，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也将按计划陆续实施。”可以预见的是，邸凯昌与行星遥感团队的智慧与创造也将继续伴随我国月球和深空探测任务持续发光发热。
面对未来，邸凯昌希望脚踏实地加强行星遥感关键技术研发和工程应用的同时，继续开展比较行星学的研究。“比如，在技术方面，继续提升月球车与火星车的智能化水平与感知能力，提升行驶的安全性与效率；在科学认知方面，通过火星与地球形貌和演化的比较研究，深化对行星的科学认识。”
文 / 本刊记者 公海燕 图 / 受访者提供
编辑：张永超
初审：齐 阳
审核：彭震中
