南极,地处地球最南端,那里是一片亘古荒原,自然条件和生存条件非常恶劣,是地球的寒极、风极和旱极,有着“人类不可接近之极”和“最难到达的大陆”之称。由于南极是地球上最晚被发现的大陆,恶劣的环境不适合人类生存,因此南极独特自然现象并不为人们所熟知,南极考察的目标就是让人们认识南极、保护南极和利用南极。
为了达到这个目标,首先要把南极描绘出来,告诉人们这地方长什么样,地形地貌特征是什么,山有多高,水有多深,地表都覆盖着什么样的植被,这就是开展极地测绘工作的主要目的。测绘为认识南极打开了一扇窗。
历尽艰险开展极地测绘
南极自然环境恶劣,这里年平均温度为零下25摄氏度,最低达到零下80多摄氏度,风暴肆虐,稍有不慎就会冻伤摔伤,甚至危及生命。1912年,英国探险家斯科特一行5人在历经千难万险抵达南极点后,在返程中因疾病、风暴全部牺牲。为发现、探索和研究南极牺牲的人很多,足以说明南极极端环境危机四伏。
在执行中国第24次南极考察期间,我的同事吴学峰在南极内陆冰盖最高点的冰穹A区域执行多种比例尺地形图测绘、昆仑站精确选址和冰流速网布测等工作。冰穹A海拔4093米,夏季最高气温零下30多摄氏度,空气稀薄,含氧量相当于内陆6000多米的水平,属于极端恶劣自然环境。吴学峰等一行5人驾驶一台雪地车在行进过程中,发电机出现故障,车辆抛锚,此时他们已经远离宿营地100多公里了。考察队员在零下30多摄氏度的严寒里体温很快降低,命悬一线。雪地车在南极内陆冰盖上的行进速度很慢,只有每小时20多公里,救援队伍最快也要5个多小时才能到达。他们在车里报团取暖,等待救援。好在救援车辆及时赶到,他们才脱险,此时他们几乎冻僵了。
最为让人感动的是,他们脱险后,向考察队提出更换车辆,继续完成未尽的使命,他们又出发了!于是,在南极内陆冰盖最高点上留下了世界首幅冰穹A区域1:500和1:5万地形图、6000平方公里冰流速监测网、昆仑站精确选址数据等一系列测绘成果,为后续我国在此区域建立昆仑站奠定了基础。
在极地考察业内有这么一句话——极地考察,测绘先行。自1984年我国开展极地考察至今,测绘工作全过程伴随着极地考察事业走过了光辉的40年征程。在南极执行考察任务,不仅仅需要强壮的身体素质和过硬的专业技术能力,更需要具备对祖国和事业的无限忠诚和甘做幕后英雄的情怀。
首次南极考察时,武大鄂栋臣教授率领测绘小组在西南极乔治王岛测绘了我国第一幅南极地图,命名了第一个南极地名长城湾,结束了中国人没有南极地图、没有南极地名的历史,并为长城站建设进行了精确选址。在老一辈测绘工作者的带领下,目前地形图已经覆盖了南极考察站周边和重点考察区域,并且命名了300多个南极地名。
测绘工作支撑极地考察重大战略和重点工作实施,先后参与了长城站、中山站、昆仑站、泰山站和秦岭站的选址规划建设,支撑长城站、中山站、泰山站和昆仑站能力建设和运行管理,主持或参与了大量的科学研究工作。今年2月7日,我国成功建成第五座南极考察站——秦岭站,习近平总书记致重要贺信表示祝贺,对极地工作给予肯定并提出要求。
秦岭站所在的恩克斯堡岛也叫难言岛,上个世纪初,一支英国探险队在此遇险并受困于此,他们度过了整整一个冬季,历经的磨难难以言表,因此得名,从中我们不难看出这里自然环境的严酷。11年,14人次,测绘工作从图上选点,到实地踏勘,再到精确选址,直至最终落成,无一遗漏地全程参与。通过开展难言岛近岸水下地形测绘,我们发现了新锚地。《光明日报》在报道中写道:“雪龙”号极地考察船日前在南极罗斯海海域、距离难言岛0.5海里处发现新锚地,实测水深为42米,这是本次南极考察的一项重要成果,将为我国南极科考新站建设提供极大便利。目前国际海事组织对该海域没有进行详细测量,中国将上报国际海事组织,提供详细数据,为和平利用南极作出应有的贡献。
我曾经4次在秦岭站建设期间执行考察任务,见证了秦岭站从无到有的历程。我曾经多次用脚步丈量难言岛,最长的一次是连续27个小时不眠不休,开展了大量的基础测绘工作。执行野外测绘任务只有一次机会,这次不去,下次就没有机会了,哪怕是走得四肢麻木,甚至对身体造成伤害也要坚持下去,汗水洒遍了这片荒原。所以当我看到秦岭站落成时,虽远在国内,但我和现场队员一样热泪盈眶。
极地测绘日新月异
极地测绘成果是国家重要的战略性信息资源,自主可控的数据资源是国家极地安全的重要保障。“把关键技术掌握在自己手里”是习近平总书记对自主科技创新和广大科技工作者的殷切希望。为了提高数据快速获取和处理效率,提升保障能力,我们不断地将新型基础测绘的业务体系和先进技术带到南极,开展了大量的科技创新和高新技术应用。
我们与相关部门密切合作,将国产资源三号、高分七号等自主遥感卫星资源应用到南极,先后多次开展了应用试验,制定了相关测绘标准和规范,研制符合国家标准规范要求的南极多种比例尺地形图、专题图,不仅拓展了我国测绘地理信息成果覆盖范围,同时也提升了我国参与极地国际治理的深度和广度,为极地考察管理部门决策提供了综合服务保障。
随着北斗卫星导航定位系统的全球覆盖,我们在长城站、中山站、昆仑站、泰山站和北极黄河站建设了北斗卫星导航系统基准站,开展考察站区周边北斗大地控制网建设,布设了大量大地测量控制点标志,获取了高精度的北斗大地测量控制成果,提高了北斗系统的定轨定位精度,为后续开展考察和科学研究提供了测绘基准支撑。
南极自然环境恶劣,地磁环境复杂,支撑条件有限,对开展航空摄影测量提出了更高要求。2005年,我们利用直升机飞行平台,研制了非量测相机航空摄影测量系统,成功获取了南极拉斯曼丘陵地区航空摄影测量成果,制作出符合国家标准规范的地图产品,开创了南极低空航空摄影测量的先河。近年来,我们在此基础上不断进行创新升级,研制了通用于考察直升机平台的集北斗定位、多载荷、自动采集等于一体的现代航摄系统,未来计划将航摄系统升级在固定翼飞机上应用。
近年来,无人机技术蓬勃发展,将其应用于南极,必将极大地提升南极考察的支撑保障能力。在南极使用无人机,无法回避的一个问题是南磁极的强烈干扰,这会导致无人机飞行不稳定,甚至造成意外。我们吸取了同行使用无人机失败的经验和教训,与无人机厂商共同攻关,通过提高无人机对干扰信号的识别和处理能力,增加地面基站,提高无人机接收卫星信号的强度和定位精度等措施,终于在2013年和2021年,成功开展了多旋翼无人机和复合翼无人机的南极验证飞行,取得了成功,获取了多种数据成果,开发制作了南极首幅真三维实景地图,后续又用无人机持续开展了环南极多站区和多处重点考察位置航摄,均取得成功。
通过多年的不懈努力,我们不断对使用的仪器设备和测绘资源进行国产化替代,目前已经做到了自主可控,不受制于人。
极地测绘走向未来
新时代新征程,加大科技创新力度,形成极地测绘新质生产力是我们的工作目标,立足点是继续提升数据快速获取和处理能力,加大对极地科考工作的支持力度。当下,我们正着手引进应用多载荷集成、长航时的新一代油电混合动力复合翼无人机,并在新飞行平台配套遥感设备。同时,以最新的极地测绘成果继续完善和维护极地地理空间数据库,升级三维“遨游极地”服务平台。
习近平总书记在致秦岭站的贺信中“希望广大极地工作者以此为契机,继续艰苦奋斗、开拓创新,同国际社会一道,更好地认识极地、保护极地、利用极地,为造福人类、推动构建人类命运共同体作出新的更大的贡献”。我们将牢记总书记的嘱托,继续展现“勇斗极寒、坚忍不拔、拼搏奉献、严谨求实、辛勤工作”的精神风貌,以“功成不必在我,功成必定有我”的奉献精神,为极地科考事业作出新的更大贡献。