张克非 | 仰望星辰大海书写测绘人生

来源：互联网 2024-11-12 00:18:19 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们

归去来兮

——“在国外工作这么多年，回头发现，中国才是能成就大事业的地方。”

墨尔本，澳大利亚的海滨之城，也是国际闻名的时尚之都、文化之都，连续多年被权威机构评选为“全球最宜居城市”。作为曾经的澳大利亚空间研究专项空间平台项目首席科学家、皇家墨尔本理工大学（RMIT University）教授、空间研究中心主任，张克非在这座被誉为“南半球明珠”的城市里生活和工作了20余年。

▲《科学中国人》封面人物：张克非

20世纪90年代初，年轻的张克非获得了澳大利亚国家全额奖学金，从此踏上大洋彼岸的土地，开始追逐他的科研梦想，在异国他乡的学术土壤里扎下了根。他先后在澳大利亚科廷大学、英国诺丁汉大学及澳洲历史最悠久的高等学府之一的皇家墨尔本理工大学等海外高校和科研院所从事研究与教学工作近30年。

出国之前，张克非的本科与硕士学业均在武汉测绘科技大学（后并入武汉大学）完成，师从大地测量大师宁津生院士。宁院士长期从事大地测量领域的研究，在大地水准面、地球重力场模型、国家天文重力水准网等方面成果显著，为中国测绘学科的发展作出了杰出贡献，被世人称为“测绘泰斗”“大地之星”。

宁津生对学生的要求极为严格，在他严加教诲下，张克非主攻大地测量与空间信息科学。著名的物理学家开尔文勋爵曾经说过：“如果你不能用测量数据说话，那你就没有资格谈科学。”著名化学家门捷列夫也说过：“没有测量就没有科学。”事实确实如此，科学中的任何结论都需要测量数据的支撑，无一例外。“测量是一切科学研究的基础，是第一步，也是最重要的一步。”张克非如是评价他的专业。

扎根澳洲学术界后，张克非在大地测量、卫星大气遥感、空间态势感知、多传感器组合导航和GNSS掩星等领域接连突破，开始在国际测量和空间信息科学与技术圈中崭露头角。截至目前，他在国际顶尖学术刊物和国际会议上相继发表论文500余篇，其中SCI论文230余篇。

作为人类认识世界和改造世界的重要手段，测绘是解决经济社会发展重大问题的技术基础，同时也是突破高精尖科学前沿的踏板。“科研工作和创新就是要具备思路的前瞻性和独到性，如果不能跳出基础走向高端，就永远缺乏竞争性。”数十年的科研积累让张克非站在更高的角度思考，将眼光放得更远，他主张要跳出传统的思维桎梏，以特色鲜明为根本！他还特别强调要将测绘技术运用到对国家、民族乃至全人类发展更具意义的领域中去。为此，张克非做了很多艰苦卓绝的开创性工作，成为全球最早在其他领域成功拓展空间信息技术的学者之一。

张克非研发的基于GPS的多传感器奥林匹克体育竞技智能跟踪系统是国际上最早且系统地研究基于卫星导航技术的小型化智能型人员跟踪系统的成果之一，它还被运用到国际体育竞技的训练监测当中。“比如澳大利亚的水上运动强项皮划艇。”张克非举例道，“传统的训练过程中是无法进行精准的运动员姿态和成绩实时跟踪的。运动员手臂摆了一圈力量有多大？到底能滑多远？这个过程中他的吸氧量是多少？几个人的协调程度如何？没有精确的数据，也就无法做到有针对性的提升。但是竞技体育是很残酷的，微弱的0.01秒就可能导致与冠军失之交臂。”

张克非的研究解决了这一难题。智能跟踪系统可以很好地分析运动员划行过程中的发力方式和打水技巧，以及团队之间如何协调才能达到最佳协同效果，从而为教练员的训练指导提供科学帮助。这一成果获得了十多项国际专利，现已实现产业化，被广泛应用于多种国际大型体育竞技和50多项体育训练项目之中，甚至被澳大利亚的金牌教练员和运动员誉为是国际比赛的“神秘武器”。

张克非还是在国际上率先将大地测量技术运用到卫星导航技术（GNSS）大气探测及空间目标追踪、太空资源探测与利用等领域的拓荒者。他领导开发的GNSS掩星技术在气象预报、气候研究和极端天气监测等应用中取得了突破性成果，成功为澳大利亚气象局首次引入了导航星大气探测技术并将气象预报能力提高10小时。这一前沿性成果对澳大利亚甚至全球的社会公共服务和决策、自然灾害的预警等方面均产生了积极而深远的影响。

在墨尔本的20多年时间里，张克非带领团队赢得了几十项奖励和荣誉，其中一项研究在2012年澳大利亚创新卓越奖中被评为此次竞赛的最高奖项——杰出奖（outstanding）。

凭借出色的成果，张克非不仅跻身于国际研究的前沿行列，同时也赢得了国际同行对于来自中国科研工作者的尊重。皇家墨尔本理工大学给了他终身正教授的职位和不菲的待遇，并享受学校极少有的额外津贴。张克非在墨尔本拥有自己的花园式别墅，科研之余，经常开车带上妻儿到海边度过悠闲的假日。可以说，在澳大利亚，张克非已经做到功成名就、衣食无忧，家人也已经完全融入了当地的环境。然而就在优渥的生活背后，张克非却时时陷入沉思，他会时常问自己一个问题：还记得当初为什么要出国吗？

20世纪八九十年代的大学生，基于对知识的渴求和国外科研的憧憬，纷纷赴海外求学。同他们一样，当年留学异邦的张克非内心深处也一直藏着一个声音：学有所成，建设祖国。张克非说：“我的父亲也是一名教育工作者，在我出国的时候就一直反复嘱咐我，记得有一天一定要回来报效国家。我觉得这是我义不容辞的责任。”

千禧年之后，张克非开始往返于中澳之间，跨越南北半球，成为推动中澳两国科技和文化交流的枢纽与桥梁。他与中国矿业大学合作推进国际创新中心的建设、推动中国学子赴澳大利亚游学、培养国内来的留学生、接待官方代表团来澳考察交流……他不以山海为远，同武汉大学合作建立了南半球第一个北斗定位系统的观测站。此外，他与中国矿业大学合作的国际合作项目作为中澳科技合作的成功典范，入选2010年上海世博会“中澳科技合作三十年三十项典型合作成果”。

一身赤子情怀的张克非时刻关注着国内空间信息技术的发展，一心想把在海外所汲取的先进知识带回来，助力祖国科学事业的发展与突破。多年来，他亲眼目睹了中国日新月异的变化，所以，当国家需要他时，他没有丝毫犹豫，毅然决然地选择了放弃国外的优厚待遇，回国从头开始。

回国，便意味着将要放弃在澳大利亚得到的一切优厚待遇和条件，重新“二次创业”。有很多朋友对他的未来感到担忧，认为他应该为自己留条后路。但是张克非觉得君子坦荡荡，既然决定要去做的事情，必然要全力以赴。他对国内科研事业的长期关注让他作出了大胆预言：随着经济实力的提升，国家对于科技事业将更加重视，未来10到20年将会是中国科技发展的“黄金时期”，中国的体制机制可以调动大量的人力物力干成外国干不成的大事。他意识到中国将是他未来追逐空间信息技术创新突破梦想的圆梦地。“在国外这么多年，回头发现，中国才是能成就大事业的地方。”张克非对于自己的选择充满了信心！

“做点大事”

——“如果我们能把空间信息技术扩展开去，将可以做成无穷多的事儿。”

张克非骨子里是一个永远追求领先一步的人，他将这种性格自然地融入了他的科研工作中，时刻激励着自己和团队成员要走在国际前沿，做引领性的研究。

▲张克非

“在国内，只要你想去做事，每天都可以寻找到新的机会。我想做一些更有意义的事情，发挥更大的作用。”这是张克非发自肺腑的心声。为了“做大事”的理想回到国内，想在祖国的土地上实现自己的抱负，中国矿业大学给了他一个广阔的舞台。

和大多数海归专家一样，张克非要面临着从零开始的全新挑战。“万事开头难嘛。刚回来的时候，没有项目，没有办公场所，也没有助理人员，一切白手起家。从办公室的环境建设，到设备的采购，再到团队的建立，一步步走过来了。”

面对陌生的环境和不同的评价标准，项目的申请和开展并不像想象中那样轻松。申请书、研发经费、仪器设备、科研人员及行业大环境和国家政策的影响等因素，都需要张克非亲自考虑和解决。“刚开始申请项目的时候特别辛苦，为了准备答辩，我们经常要通宵达旦，往往干到下半夜三四点钟，蜷缩在办公室的沙发上小憩一会儿。这种‘苦’啊，我可是多少年都没有经历过了。”谈到这里，张克非禁不住哈哈大笑起来。

张克非不是一个“长袖善舞”的人，在海外待得时间久了，说话做事愈加简单直率，不会拐弯抹角。在国内的同事看来，他可以解决技术上最具难度的问题，但是永远搞不清楚人际往来中的“江湖规矩”，也说不出一套一套漂亮的场面话。为此，张克非甚至还一度担心自己回国后的“人缘”问题，但现实告诉他这显然是多虑了。“我很幸运遇到了一群志同道合的伙伴，交到了很多朋友，有本行业的，还有更多相关领域的朋友。从学院领导和同事，到身边每一个人，都很关照我，给了我全方位的支持。”

张克非回国正赶上国内发展位置服务的洪流，卫星导航定位技术已成为日常生活不可或缺的几大基础设施之一。“到哪里去吃饭，到哪里去加油？哪个地方有什么促销的东西？物流货物运输到哪个环节了？所有的信息，表面上看是从手机或电脑上获得的，但实际上全部依赖于我们的空间信息技术，所有的社会运转都离不开位置服务和时空信息。”谈到这里，张克非停顿了一下，意味深长地说道，“如果我们能把空间信息技术拓展开去，将可以做成无穷多的事儿。”

张克非这里说的“拓展”，是指将卫星通信技术、空间定位技术、遥感技术和飞速发展的物联网、大数据及云计算等技术结合起来，从传统的导航定位卫星扩展到天空地井（卫星-空中-地面-地下）一体化协同感知空间信息体系，开辟一个新的战场。就中国矿业大学的研究方向而言，紧密结合空间信息与未来矿业智能发展的全球发展大趋势，协同运用先进的导航定位、遥感、无人机、地理信息、大数据、云计算、人工智能和物联网等高新技术方法，建立起天空地井技术，可以服务于矿山资源全要素感知与管控、安全生产，建设生态文明、保护绿水青山，满足人民对美好生活的需求。

“应用天空地井技术，我们可以为矿山自动化，以及未来矿山的研究，做很多有意义的事情。”对于“矿山4.0”时代的新机遇、新需求、新挑战，张克非充满了信心。例如矿山井下环境的智能感知，就是实现井下无人开采、深部开采的关键核心技术之一。矿山井下定位需要快速、精准且可靠的测量技术。张克非依托矿山地下人员跟踪项目，研发出了井下人员定位、跟踪系统及瓦斯监测预警关键技术，可以实现无缝定位或者人和物的全员定位，利用基于超宽带（UWB）和无线射频识别（RFID）的多传感器智能融合技术提高了煤矿安全管理、应急救援水平，通过空天地井协同观测，可获取矿区环境与灾害实时、动态、综合信息，为矿区环境与灾害防控提供决策支持。

“GPS在传统上被认定只是为了定位和导航用的，而我们在某种意义上，要创造性地把这项技术应用到更多、更广、更高的科学研究中去。”张克非在澳大利亚的时候，已经创新性地将卫星导航技术（GNSS）应用到天气预报中，而回国之后，他继续在这一领域深耕细作，利用空间技术做极端天气和气候变化的研究。

显而易见，气候变化和极端天气是人类社会可持续发展的重大威胁。作为重要的温室气体，大气水汽是预测全球气候变化、降雨和灾害性天气的重要信息源。许多极端天气，诸如暴雨、厄尔尼诺现象等的出现与大气中的水汽有直接的关系。它也是许多天气突变和自然灾害形成的主要驱动因素。探测水汽的方法有很多，比如无线电探空、卫星探测、微波辐射计、激光雷达探测、激光探测、地面湿度计、太阳光谱分析仪等，但由于全球卫星定位导航系统具有全天候、高精度、高时空分辨率、实时高效、不受天气因素影响、成本低廉等优点，使得GNSS反演大气可降水量成为一种快速精确的新方法，并且可以对极端天气作出预报和预警。

张克非带领团队综合运用新一代空间大地测量技术，提出了GNSS 多源空间探测水汽的高精度数据处理理论与方法。他们构建了融合地基、空基、星基、数值天气预报及其他相关观测手段的综合体系，结合现代智能大数据挖掘与气象模式识别，实现了短时极端天气智能预警；基于GNSS长时间历史观测，他们联合全球大气环流模型，挖掘了水汽时间序列气候变化特征，揭示了水汽变化与气候变化的联动机理，形成了基于天-空-地水汽探测的多尺度气候变化研究新方法。这对引领这一领域的国际前沿研究，提升我国实时水汽探测理论水平，增强应对气候变化和极端天气的能力，推动北斗创新应用，都具有重要科学意义和应用价值。

太空采矿

——“太空采矿既是前沿性的科技探索，又是大国实力的展示，中国不能缺席！”

多年的海外经历让张克非养成了从更长远的方面考虑问题的思维习惯，他能够从未来的角度判断今天的决策是否正确。著名的物理学家霍金曾经提出过一个观点：“在未来100年内，人类为了生存，必须去太空寻求新的家园。”这在很多人听来是一句杞人忧天的话，但是张克非深以为然。

不可否认的是，随着社会的快速发展，开采强度不断增加，环境破坏日益严重，同时对资源能源的需求也在不断提高，使得全球资源面临枯竭，这是不可逆的。为此，张克非在题为《太空采矿发展现状、机遇和挑战》的论文中提到：“为了破解地球矿产资源枯竭的难题，开发与利用丰富的太空资源势在必行，由此太空采矿应运而生。”

面对如此严峻的能源、矿产资源紧缺的挑战，各国政府、私营企业和科研院所都开启了探索之路，从太空采矿这个大赛道的演进历程来看，世界各国在这方面的投入越来越大。像卢森堡这样的欧洲小国也在2018年开启了太空采矿有关的研发工作。2019年，美国率先成立了太空军，在开发外太空资源方面不断增加预算，美国前总统特朗普甚至签署行政命令，鼓励美国公民在月球或其他星体从事商业性矿产勘察、开采和使用，一度掀起“太空淘金”的热潮。

▲张克非（左一座位）、刘钢军教授（右一座位）、于海霞老师（中间座位）与访澳学子合影

张克非介绍，地球之外的资源极其丰富，可利用的资源可以用“无穷无尽”来形容。就太阳系而言，月球、火星、小行星等天体上都具有丰富的矿产资源及稀有金属。据科学分析，仅小行星上就拥有丰富的碳、硫、氮、氢，开采后能够为人类提供丰富的原材料和燃料。此外，一些地球上比较稀缺的资源如铂系金属、钯金属等，在外太空也有大量分布。

“太空资源的开发与利用既是大国博弈、科技竞争的关键，也是未来人类文明可持续发展的大势所趋。中国不能缺席！”张克非坚定地表示。

近年来，我国航天工程取得的重大成就备受瞩目，从神舟一号到神舟十六号的载人航天任务，从嫦娥一号到嫦娥五号的地月探测任务，从天宫一号到天宫二号的空间实验室建设，标志着我国航空航天技术进入世界先进水平行列。尤其在2021年，嫦娥五号带回1731克月壤的消息令人兴奋，这让曾经听上去近乎科幻的场景成为现实，太空资源的开采利用也再次成为国际科学界热议的话题。

更令人振奋的是，2023年3月份，天问二号任务已正式获得国家批准立项，计划通过一次发射，实现从近地小行星2016 HO3采样返回地球。在张克非看来，作为中国唯一一所以矿业命名的高校，中国矿业大学有使命也有义务成为太空资源开发与利用的领导者。2018年，在美国科罗拉多矿业学院全球首个太空采矿专业招生的同一时期，中国矿业大学也率先成立了国内首个太空采矿国际研究中心，并设立太空采矿“双一流”建设项目，积极探索太空资源的开发与利用。

不过，在遥远的太空，想做一名成功的“矿工”，待解决的问题还有一箩筐。“首先我们得知道到哪里去采，到底有什么矿物质可采，其含量和分布如何？开采成本与收益咋样？怎么样能够准确地知道它的位置？如何指导采矿设备前往正确的地点？如何选择最优的路径以避免风险？”作为一项极其复杂的系统工程，要解决张克非提出的这一连串问题，空间信息技术毫无疑问是关键技术之一。

测绘作为深空探测的“眼睛”，如何为深空探测器提供实时、精确、自主的定位导航是需要科技工作者进一步研究的问题。“我们现在的导航是地球上的导航，在深空中怎么导航？如何精准导航？”张克非表示，既然要放眼宇宙，就要从只在地球上做工作的环境里抬起头来，走出去，仰望星辰大海，要把导航定位研究移植到太空、深空中去。要把人工智能送到天上去，把通信导航遥感组成一张天上的物联网，就相当于一个人上了天，既要有眼睛，还需要耳朵和大脑。

“要实现太空采矿，必须对太空时空基准、探测器轨道设计与控制、智能机器人的精准导航与控制技术、摄影测量与遥感、脉冲星导航等测绘技术进行深入的、系统性的研究。首先要建立基准，然后才能指导勘察、采矿、机械操作。”张克非介绍，要早日实现太空采矿，还需要开展太空导航定位与环境态势感知、太空采矿智能装备、太空资源勘探与采选、太空资源空间安全及太空资源综合利用等方面研究，突破不同重力环境下的空间环境精准感知、太空资源的利用途径、太空资源就地加工与原位利用、太空资源快速运输等一系列技术难题，这样才有望为太空采矿工作提供有力保障。

千里之行，始于足下。太空资源必然是未来各国竞争白热化的目标，放眼世界，“太空采矿”是一个典型的多学科交叉融合的前沿技术，美国、日本、俄罗斯、印度及欧洲等国和地区都已对太空资源进行了前期的探索，但是世界上还没有一个国家有能力和胆量敢放言在十年内进行工业化太空资源开采。

我国也已具备了进行太空采矿所需相关技术的研究条件，拥有非常好的发展机遇。张克非的团队已经疾走在太空采矿的赛道上，并制定了自己的时间表：在初探阶段，需要2～3年，发射小卫星组进行近地试验，进行太空资源勘察、设计星表机器人；到2025年，有望开始开发制造必要设备；10年左右的时间，有望建立太空采矿基地，发送采矿设备到目标小行星；15年左右，有望开展太空采矿探索性实验；到2040年，有望进行太空资源加工及原位利用；到2070年左右，太空采矿有望进入规模化阶段，人类将可以选择性地进行太空资源消费。

共向未来

——“我们既要追求卓越，同时在某种意义上也要选择平庸。”

太空采矿是一项长期、昂贵且极其复杂的系统工程，距离真正的太空资源开发与利用还有很长的路要走。张克非明白，这不是一朝一夕、一个人或几个人能够完成的事业。这一壮举犹如当代的“愚公移山”，需要知难而进、子孙相继，以及持之以恒地努力。

▲在墨尔本举办的国际研讨会上合影

无论是身处澳洲还是国内，张克非一直强调现在是整合资源的社会，一个人是做不了什么大事的，必须把大门敞开，同行业之间甚至是跨行业之间进行合作，让新鲜空气流通起来，才会有更多的机会和成就。他强调，要组建大团队、搭建大平台、寻求大支持、拓展大领域并作出大贡献。作为一名国际知名的科学家，张克非有着极其开放的理念和胸怀，“我的合作者来自世界各地，一声召唤，多人响应。很快就能组成一支战斗力极强的队伍！”

对于团队作战，张克非感触良多：“出国之前那些年，国内同行相互之间还很保守，很少分享数据成果。这几年的科研环境发生了翻天覆地的变化，我一回来，经常是多个单位在一起研讨，都把数据和想法分享出来，大家坐在一起，通过头脑风暴，能带来很多新的灵感，然后一起抱团合作把事情做大做强。”

古语云：上下同欲者胜，同舟共济者赢！“正因为有这样一个凝心聚力的大团队，有这样一群同甘共苦的合作者，我们的事业才能很快地往前来推进。”张克非一语道出中国矿业大学团队快速发展的秘诀，“我们明白要干成一件事，必须先凝聚共识、思想统一，剩下的就是坚持、坚持、再坚持！”

张克非的学生们自然也是他的合作者。他笃信，谁拥有更多更好的人才，谁就能在竞争中取得主动、赢得未来。国家如此，行业也是如此。张克非对学生们在科研上既严格，又包容。他的“严格”是为了能够培养学生的独立思考能力，只有独立思考，不人云亦云，才能培养创新能力，而创新正是推动社会发展的最大动力；他的“包容”则表现在充分释放每个人的个性，发挥每个人的优势、宽容失败，因材施教，扬长避短，然后通过团结协作，为一个更大的、一致的理想和目标而努力。

张克非不止一次地告诫自己的学生：做科学，特别是基础科学，从投入到产出，是需要一段比较长的时间的，需要坐得了冷板凳、守得住清贫。“追求梦想嘛，就需要有大胸襟、大气度、长规划。”在张克非的眼中，他的学生们都是非常优秀的，只不过还需要时间的积累和磨炼。“科研就像跑一场马拉松，而不是百米竞赛，智力的差别并不大，关键在于你能选对方向、长久坚持。”张克非强调，在这个过程中，对手不是别人，是自己。战胜自己往往比战胜别人更重要。

回国之后，张克非推掉了不少行政职务和头衔，只想踏踏实实地专注于科研与教学，做自己最喜欢的事情。“追求卓越是我们人生的一个奋斗目标，为国家、为民族、为世界、为科学，要不甘人后，但行事低调。”这是张克非一以贯之的人生理念。

张克非时常叮嘱年轻人：“测绘技术是典型的多学科交叉融合的交会点，意义重大，值得我们用一辈子的时间去钻研。”中国人讲究传承，他眼下的重心就在于带领这个充满朝气的团队向前突破，把年轻人培养成器，推动年轻的科学家不断去探索和创新，在深空导航定位、太空采矿、太空遥感等领域去探索自然、探索宇宙，为更多“大事”作出卓越的贡献。“希望通过我们的努力，能够给学科、给学校、给这个行业留下更多更好的东西，能够让后人踩着我们的肩膀走得更高更远。”

“我很幸运能够从事这样一个与前沿和颠覆性技术密切相关的领域，带给我前所未有的挑战和机遇。”总结过往的成绩时，张克非总是将这些都归于“幸运”，他说：“从读书，到出国，到工作，再到回国，我一直走得比较顺，是个幸运儿。”然而，在他这一句云淡风轻的“幸运”背后，却藏着多少不为人知的牺牲、坚持与付出。

成功不会总降临在“幸运者”的头上，成功只会给那些时刻准备好了的人。“道固远，笃行可至；事虽巨，坚为必成。”在科研攻关的道路上，张克非和他的团队不会停下前进的脚步，他们已经把目光投向了更远的未来。张克非和他的同事们一样，充满了憧憬，更充满了斗志，“星辰大海、仰望星空、向梦而生，希望我们能永葆一颗雄心，砥砺前行，永远占据在科学技术的制高点上”。

专家简介

张克非，中国矿业大学国家特聘教授、资源环境技术研究院院长，澳大利亚皇家墨尔本理工大学荣誉教授，北星空间信息技术研究院院长，国际大地测量协会会士。本科与硕士毕业于武汉测绘科技大学（2000年并入武汉大学），博士毕业于澳大利亚科廷大学。长期从事卫星定位及大地测量学研究，主要研究方向为高精度GNSS/GPS定位算法及应用、GNSS大气、空间天气及气候变化、空间态势感知、太空资源开发与利用等，曾任澳大利亚空间研究专项空间平台项目首席科学家和全球华人导航定位协会主席，是国际上率先将大地测量技术运用到GNSS大气探测、空间追踪和太空资源探测与利用等领域的开拓者和领跑人。

以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！

标签：中国矿业大学张克非资源环境技术研究院北星空间信息技术研究