歸去來兮

——“在國外工作這么多年，回頭發現，中國才是能成就大事業的地方。”

墨爾本，澳大利亞的海濱之城，也是國際聞名的時尚之都、文化之都，連續多年被權威機構評選為“全球最宜居城市”。作為曾經的澳大利亞空間研究專項空間平臺項目首席科學家、皇家墨爾本理工大學（RMIT University）教授、空間研究中心主任，張克非在這座被譽為“南半球明珠”的城市里生活和工作了20余年。

▲《科學中國人》封面人物：張克非

20世紀90年代初，年輕的張克非獲得了澳大利亞國家全額獎學金，從此踏上大洋彼岸的土地，開始追逐他的科研夢想，在異國他鄉的學術土壤里扎下了根。他先后在澳大利亞科廷大學、英國諾丁漢大學及澳洲歷史最悠久的高等學府之一的皇家墨爾本理工大學等海外高校和科研院所從事研究與教學工作近30年。

出國之前，張克非的本科與碩士學業均在武漢測繪科技大學（后并入武漢大學）完成，師從大地測量大師寧津生院士。寧院士長期從事大地測量領域的研究，在大地水準面、地球重力場模型、國家天文重力水準網等方面成果顯著，為中國測繪學科的發展作出了杰出貢獻，被世人稱為“測繪泰斗”“大地之星”。

寧津生對學生的要求極為嚴格，在他嚴加教誨下，張克非主攻大地測量與空間信息科學。著名的物理學家開爾文勛爵曾經說過：“如果你不能用測量數據說話，那你就沒有資格談科學。”著名化學家門捷列夫也說過：“沒有測量就沒有科學。”事實確實如此，科學中的任何結論都需要測量數據的支撐，無一例外。“測量是一切科學研究的基礎，是第一步，也是最重要的一步。”張克非如是評價他的專業。

扎根澳洲學術界后，張克非在大地測量、衛星大氣遙感、空間態勢感知、多傳感器組合導航和GNSS掩星等領域接連突破，開始在國際測量和空間信息科學與技術圈中嶄露頭角。截至目前，他在國際頂尖學術刊物和國際會議上相繼發表論文500余篇，其中SCI論文230余篇。

作為人類認識世界和改造世界的重要手段，測繪是解決經濟社會發展重大問題的技術基礎，同時也是突破高精尖科學前沿的踏板。“科研工作和創新就是要具備思路的前瞻性和獨到性，如果不能跳出基礎走向高端，就永遠缺乏競爭性。”數十年的科研積累讓張克非站在更高的角度思考，將眼光放得更遠，他主張要跳出傳統的思維桎梏，以特色鮮明為根本！他還特別強調要將測繪技術運用到對國家、民族乃至全人類發展更具意義的領域中去。為此，張克非做了很多艱苦卓絕的開創性工作，成為全球最早在其他領域成功拓展空間信息技術的學者之一。

張克非研發的基于GPS的多傳感器奧林匹克體育競技智能跟蹤系統是國際上最早且系統地研究基于衛星導航技術的小型化智能型人員跟蹤系統的成果之一，它還被運用到國際體育競技的訓練監測當中。“比如澳大利亞的水上運動強項皮劃艇。”張克非舉例道，“傳統的訓練過程中是無法進行精準的運動員姿態和成績實時跟蹤的。運動員手臂擺了一圈力量有多大？到底能滑多遠？這個過程中他的吸氧量是多少？幾個人的協調程度如何？沒有精確的數據，也就無法做到有針對性的提升。但是競技體育是很殘酷的，微弱的0.01秒就可能導致與冠軍失之交臂。”

張克非的研究解決了這一難題。智能跟蹤系統可以很好地分析運動員劃行過程中的發力方式和打水技巧，以及團隊之間如何協調才能達到最佳協同效果，從而為教練員的訓練指導提供科學幫助。這一成果獲得了十多項國際專利，現已實現產業化，被廣泛應用于多種國際大型體育競技和50多項體育訓練項目之中，甚至被澳大利亞的金牌教練員和運動員譽為是國際比賽的“神秘武器”。

張克非還是在國際上率先將大地測量技術運用到衛星導航技術（GNSS）大氣探測及空間目標追蹤、太空資源探測與利用等領域的拓荒者。他領導開發的GNSS掩星技術在氣象預報、氣候研究和極端天氣監測等應用中取得了突破性成果，成功為澳大利亞氣象局首次引入了導航星大氣探測技術并將氣象預報能力提高10小時。這一前沿性成果對澳大利亞甚至全球的社會公共服務和決策、自然災害的預警等方面均產生了積極而深遠的影響。

在墨爾本的20多年時間里，張克非帶領團隊贏得了幾十項獎勵和榮譽，其中一項研究在2012年澳大利亞創新卓越獎中被評為此次競賽的最高獎項——杰出獎（outstanding）。

憑借出色的成果，張克非不僅躋身于國際研究的前沿行列，同時也贏得了國際同行對于來自中國科研工作者的尊重。皇家墨爾本理工大學給了他終身正教授的職位和不菲的待遇，并享受學校極少有的額外津貼。張克非在墨爾本擁有自己的花園式別墅，科研之余，經常開車帶上妻兒到海邊度過悠閑的假日。可以說，在澳大利亞，張克非已經做到功成名就、衣食無憂，家人也已經完全融入了當地的環境。然而就在優渥的生活背后，張克非卻時時陷入沉思，他會時常問自己一個問題：還記得當初為什么要出國嗎？

20世紀八九十年代的大學生，基于對知識的渴求和國外科研的憧憬，紛紛赴海外求學。同他們一樣，當年留學異邦的張克非內心深處也一直藏著一個聲音：學有所成，建設祖國。張克非說：“我的父親也是一名教育工作者，在我出國的時候就一直反復囑咐我，記得有一天一定要回來報效國家。我覺得這是我義不容辭的責任。”

千禧年之后，張克非開始往返于中澳之間，跨越南北半球，成為推動中澳兩國科技和文化交流的樞紐與橋梁。他與中國礦業大學合作推進國際創新中心的建設、推動中國學子赴澳大利亞游學、培養國內來的留學生、接待官方代表團來澳考察交流……他不以山海為遠，同武漢大學合作建立了南半球第一個北斗定位系統的觀測站。此外，他與中國礦業大學合作的國際合作項目作為中澳科技合作的成功典范，入選2010年上海世博會“中澳科技合作三十年三十項典型合作成果”。

一身赤子情懷的張克非時刻關注著國內空間信息技術的發展，一心想把在海外所汲取的先進知識帶回來，助力祖國科學事業的發展與突破。多年來，他親眼目睹了中國日新月異的變化，所以，當國家需要他時，他沒有絲毫猶豫，毅然決然地選擇了放棄國外的優厚待遇，回國從頭開始。

回國，便意味著將要放棄在澳大利亞得到的一切優厚待遇和條件，重新“二次創業”。有很多朋友對他的未來感到擔憂，認為他應該為自己留條后路。但是張克非覺得君子坦蕩蕩，既然決定要去做的事情，必然要全力以赴。他對國內科研事業的長期關注讓他作出了大膽預言：隨著經濟實力的提升，國家對于科技事業將更加重視，未來10到20年將會是中國科技發展的“黃金時期”，中國的體制機制可以調動大量的人力物力干成外國干不成的大事。他意識到中國將是他未來追逐空間信息技術創新突破夢想的圓夢地。“在國外這么多年，回頭發現，中國才是能成就大事業的地方。”張克非對于自己的選擇充滿了信心！

“做點大事”

——“如果我們能把空間信息技術擴展開去，將可以做成無窮多的事兒。”

張克非骨子里是一個永遠追求領先一步的人，他將這種性格自然地融入了他的科研工作中，時刻激勵著自己和團隊成員要走在國際前沿，做引領性的研究。

▲張克非

“在國內，只要你想去做事，每天都可以尋找到新的機會。我想做一些更有意義的事情，發揮更大的作用。”這是張克非發自肺腑的心聲。為了“做大事”的理想回到國內，想在祖國的土地上實現自己的抱負，中國礦業大學給了他一個廣闊的舞臺。

和大多數海歸專家一樣，張克非要面臨著從零開始的全新挑戰。“萬事開頭難嘛。剛回來的時候，沒有項目，沒有辦公場所，也沒有助理人員，一切白手起家。從辦公室的環境建設，到設備的采購，再到團隊的建立，一步步走過來了。”

面對陌生的環境和不同的評價標準，項目的申請和開展并不像想象中那樣輕松。申請書、研發經費、儀器設備、科研人員及行業大環境和國家政策的影響等因素，都需要張克非親自考慮和解決。“剛開始申請項目的時候特別辛苦，為了準備答辯，我們經常要通宵達旦，往往干到下半夜三四點鐘，蜷縮在辦公室的沙發上小憩一會兒。這種‘苦’啊，我可是多少年都沒有經歷過了。”談到這里，張克非禁不住哈哈大笑起來。

張克非不是一個“長袖善舞”的人，在海外待得時間久了，說話做事愈加簡單直率，不會拐彎抹角。在國內的同事看來，他可以解決技術上最具難度的問題，但是永遠搞不清楚人際往來中的“江湖規矩”，也說不出一套一套漂亮的場面話。為此，張克非甚至還一度擔心自己回國后的“人緣”問題，但現實告訴他這顯然是多慮了。“我很幸運遇到了一群志同道合的伙伴，交到了很多朋友，有本行業的，還有更多相關領域的朋友。從學院領導和同事，到身邊每一個人，都很關照我，給了我全方位的支持。”

張克非回國正趕上國內發展位置服務的洪流，衛星導航定位技術已成為日常生活不可或缺的幾大基礎設施之一。“到哪里去吃飯，到哪里去加油？哪個地方有什么促銷的東西？物流貨物運輸到哪個環節了？所有的信息，表面上看是從手機或電腦上獲得的，但實際上全部依賴于我們的空間信息技術，所有的社會運轉都離不開位置服務和時空信息。”談到這里，張克非停頓了一下，意味深長地說道，“如果我們能把空間信息技術拓展開去，將可以做成無窮多的事兒。”

張克非這里說的“拓展”，是指將衛星通信技術、空間定位技術、遙感技術和飛速發展的物聯網、大數據及云計算等技術結合起來，從傳統的導航定位衛星擴展到天空地井（衛星-空中-地面-地下）一體化協同感知空間信息體系，開辟一個新的戰場。就中國礦業大學的研究方向而言，緊密結合空間信息與未來礦業智能發展的全球發展大趨勢，協同運用先進的導航定位、遙感、無人機、地理信息、大數據、云計算、人工智能和物聯網等高新技術方法，建立起天空地井技術，可以服務于礦山資源全要素感知與管控、安全生產，建設生態文明、保護綠水青山，滿足人民對美好生活的需求。

“應用天空地井技術，我們可以為礦山自動化，以及未來礦山的研究，做很多有意義的事情。”對于“礦山4.0”時代的新機遇、新需求、新挑戰，張克非充滿了信心。例如礦山井下環境的智能感知，就是實現井下無人開采、深部開采的關鍵核心技術之一。礦山井下定位需要快速、精準且可靠的測量技術。張克非依托礦山地下人員跟蹤項目，研發出了井下人員定位、跟蹤系統及瓦斯監測預警關鍵技術，可以實現無縫定位或者人和物的全員定位，利用基于超寬帶（UWB）和無線射頻識別（RFID）的多傳感器智能融合技術提高了煤礦安全管理、應急救援水平，通過空天地井協同觀測，可獲取礦區環境與災害實時、動態、綜合信息，為礦區環境與災害防控提供決策支持。

“GPS在傳統上被認定只是為了定位和導航用的，而我們在某種意義上，要創造性地把這項技術應用到更多、更廣、更高的科學研究中去。”張克非在澳大利亞的時候，已經創新性地將衛星導航技術（GNSS）應用到天氣預報中，而回國之后，他繼續在這一領域深耕細作，利用空間技術做極端天氣和氣候變化的研究。

顯而易見，氣候變化和極端天氣是人類社會可持續發展的重大威脅。作為重要的溫室氣體，大氣水汽是預測全球氣候變化、降雨和災害性天氣的重要信息源。許多極端天氣，諸如暴雨、厄爾尼諾現象等的出現與大氣中的水汽有直接的關系。它也是許多天氣突變和自然災害形成的主要驅動因素。探測水汽的方法有很多，比如無線電探空、衛星探測、微波輻射計、激光雷達探測、激光探測、地面濕度計、太陽光譜分析儀等，但由于全球衛星定位導航系統具有全天候、高精度、高時空分辨率、實時高效、不受天氣因素影響、成本低廉等優點，使得GNSS反演大氣可降水量成為一種快速精確的新方法，并且可以對極端天氣作出預報和預警。

張克非帶領團隊綜合運用新一代空間大地測量技術，提出了GNSS+多源空間探測水汽的高精度數據處理理論與方法。他們構建了融合地基、空基、星基、數值天氣預報及其他相關觀測手段的綜合體系，結合現代智能大數據挖掘與氣象模式識別，實現了短時極端天氣智能預警；基于GNSS長時間歷史觀測，他們聯合全球大氣環流模型，挖掘了水汽時間序列氣候變化特征，揭示了水汽變化與氣候變化的聯動機理，形成了基于天-空-地水汽探測的多尺度氣候變化研究新方法。這對引領這一領域的國際前沿研究，提升我國實時水汽探測理論水平，增強應對氣候變化和極端天氣的能力，推動北斗創新應用，都具有重要科學意義和應用價值。

太空采礦

——“太空采礦既是前沿性的科技探索，又是大國實力的展示，中國不能缺席！”

多年的海外經歷讓張克非養成了從更長遠的方面考慮問題的思維習慣，他能夠從未來的角度判斷今天的決策是否正確。著名的物理學家霍金曾經提出過一個觀點：“在未來100年內，人類為了生存，必須去太空尋求新的家園。”這在很多人聽來是一句杞人憂天的話，但是張克非深以為然。

不可否認的是，隨著社會的快速發展，開采強度不斷增加，環境破壞日益嚴重，同時對資源能源的需求也在不斷提高，使得全球資源面臨枯竭，這是不可逆的。為此，張克非在題為《太空采礦發展現狀、機遇和挑戰》的論文中提到：“為了破解地球礦產資源枯竭的難題，開發與利用豐富的太空資源勢在必行，由此太空采礦應運而生。”

面對如此嚴峻的能源、礦產資源緊缺的挑戰，各國政府、私營企業和科研院所都開啟了探索之路，從太空采礦這個大賽道的演進歷程來看，世界各國在這方面的投入越來越大。像盧森堡這樣的歐洲小國也在2018年開啟了太空采礦有關的研發工作。2019年，美國率先成立了太空軍，在開發外太空資源方面不斷增加預算，美國前總統特朗普甚至簽署行政命令，鼓勵美國公民在月球或其他星體從事商業性礦產勘察、開采和使用，一度掀起“太空淘金”的熱潮。

▲張克非（左一座位）、劉鋼軍教授（右一座位）、于海霞老師（中間座位）與訪澳學子合影

張克非介紹，地球之外的資源極其豐富，可利用的資源可以用“無窮無盡”來形容。就太陽系而言，月球、火星、小行星等天體上都具有豐富的礦產資源及稀有金屬。據科學分析，僅小行星上就擁有豐富的碳、硫、氮、氫，開采后能夠為人類提供豐富的原材料和燃料。此外，一些地球上比較稀缺的資源如鉑系金屬、鈀金屬等，在外太空也有大量分布。

“太空資源的開發與利用既是大國博弈、科技競爭的關鍵，也是未來人類文明可持續發展的大勢所趨。中國不能缺席！”張克非堅定地表示。

近年來，我國航天工程取得的重大成就備受矚目，從神舟一號到神舟十六號的載人航天任務，從嫦娥一號到嫦娥五號的地月探測任務，從天宮一號到天宮二號的空間實驗室建設，標志著我國航空航天技術進入世界先進水平行列。尤其在2021年，嫦娥五號帶回1731克月壤的消息令人興奮，這讓曾經聽上去近乎科幻的場景成為現實，太空資源的開采利用也再次成為國際科學界熱議的話題。

更令人振奮的是，2023年3月份，天問二號任務已正式獲得國家批準立項，計劃通過一次發射，實現從近地小行星2016 HO3采樣返回地球。在張克非看來，作為中國唯一一所以礦業命名的高校，中國礦業大學有使命也有義務成為太空資源開發與利用的領導者。2018年，在美國科羅拉多礦業學院全球首個太空采礦專業招生的同一時期，中國礦業大學也率先成立了國內首個太空采礦國際研究中心，并設立太空采礦“雙一流”建設項目，積極探索太空資源的開發與利用。

不過，在遙遠的太空，想做一名成功的“礦工”，待解決的問題還有一籮筐。“首先我們得知道到哪里去采，到底有什么礦物質可采，其含量和分布如何？開采成本與收益咋樣？怎么樣能夠準確地知道它的位置？如何指導采礦設備前往正確的地點？如何選擇最優的路徑以避免風險？”作為一項極其復雜的系統工程，要解決張克非提出的這一連串問題，空間信息技術毫無疑問是關鍵技術之一。

測繪作為深空探測的“眼睛”，如何為深空探測器提供實時、精確、自主的定位導航是需要科技工作者進一步研究的問題。“我們現在的導航是地球上的導航，在深空中怎么導航？如何精準導航？”張克非表示，既然要放眼宇宙，就要從只在地球上做工作的環境里抬起頭來，走出去，仰望星辰大海，要把導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，把通信導航遙感組成一張天上的物聯網，就相當于一個人上了天，既要有眼睛，還需要耳朵和大腦。

“要實現太空采礦，必須對太空時空基準、探測器軌道設計與控制、智能機器人的精準導航與控制技術、攝影測量與遙感、脈沖星導航等測繪技術進行深入的、系統性的研究。首先要建立基準，然后才能指導勘察、采礦、機械操作。”張克非介紹，要早日實現太空采礦，還需要開展太空導航定位與環境態勢感知、太空采礦智能裝備、太空資源勘探與采選、太空資源空間安全及太空資源綜合利用等方面研究，突破不同重力環境下的空間環境精準感知、太空資源的利用途徑、太空資源就地加工與原位利用、太空資源快速運輸等一系列技術難題，這樣才有望為太空采礦工作提供有力保障。

千里之行，始于足下。太空資源必然是未來各國競爭白熱化的目標，放眼世界，“太空采礦”是一個典型的多學科交叉融合的前沿技術，美國、日本、俄羅斯、印度及歐洲等國和地區都已對太空資源進行了前期的探索，但是世界上還沒有一個國家有能力和膽量敢放言在十年內進行工業化太空資源開采。

我國也已具備了進行太空采礦所需相關技術的研究條件，擁有非常好的發展機遇。張克非的團隊已經疾走在太空采礦的賽道上，并制定了自己的時間表：在初探階段，需要2～3年，發射小衛星組進行近地試驗，進行太空資源勘察、設計星表機器人；到2025年，有望開始開發制造必要設備；10年左右的時間，有望建立太空采礦基地，發送采礦設備到目標小行星；15年左右，有望開展太空采礦探索性實驗；到2040年，有望進行太空資源加工及原位利用；到2070年左右，太空采礦有望進入規模化階段，人類將可以選擇性地進行太空資源消費。

共向未來

——“我們既要追求卓越，同時在某種意義上也要選擇平庸。”

太空采礦是一項長期、昂貴且極其復雜的系統工程，距離真正的太空資源開發與利用還有很長的路要走。張克非明白，這不是一朝一夕、一個人或幾個人能夠完成的事業。這一壯舉猶如當代的“愚公移山”，需要知難而進、子孫相繼，以及持之以恒地努力。

▲在墨爾本舉辦的國際研討會上合影

無論是身處澳洲還是國內，張克非一直強調現在是整合資源的社會，一個人是做不了什么大事的，必須把大門敞開，同行業之間甚至是跨行業之間進行合作，讓新鮮空氣流通起來，才會有更多的機會和成就。他強調，要組建大團隊、搭建大平臺、尋求大支持、拓展大領域并作出大貢獻。作為一名國際知名的科學家，張克非有著極其開放的理念和胸懷，“我的合作者來自世界各地，一聲召喚，多人響應。很快就能組成一支戰斗力極強的隊伍！”

對于團隊作戰，張克非感觸良多：“出國之前那些年，國內同行相互之間還很保守，很少分享數據成果。這幾年的科研環境發生了翻天覆地的變化，我一回來，經常是多個單位在一起研討，都把數據和想法分享出來，大家坐在一起，通過頭腦風暴，能帶來很多新的靈感，然后一起抱團合作把事情做大做強。”

古語云：上下同欲者勝，同舟共濟者贏！“正因為有這樣一個凝心聚力的大團隊，有這樣一群同甘共苦的合作者，我們的事業才能很快地往前來推進。”張克非一語道出中國礦業大學團隊快速發展的秘訣，“我們明白要干成一件事，必須先凝聚共識、思想統一，剩下的就是堅持、堅持、再堅持！”

張克非的學生們自然也是他的合作者。他篤信，誰擁有更多更好的人才，誰就能在競爭中取得主動、贏得未來。國家如此，行業也是如此。張克非對學生們在科研上既嚴格，又包容。他的“嚴格”是為了能夠培養學生的獨立思考能力，只有獨立思考，不人云亦云，才能培養創新能力，而創新正是推動社會發展的最大動力；他的“包容”則表現在充分釋放每個人的個性，發揮每個人的優勢、寬容失敗，因材施教，揚長避短，然后通過團結協作，為一個更大的、一致的理想和目標而努力。

張克非不止一次地告誡自己的學生：做科學，特別是基礎科學，從投入到產出，是需要一段比較長的時間的，需要坐得了冷板凳、守得住清貧。“追求夢想嘛，就需要有大胸襟、大氣度、長規劃。”在張克非的眼中，他的學生們都是非常優秀的，只不過還需要時間的積累和磨煉。“科研就像跑一場馬拉松，而不是百米競賽，智力的差別并不大，關鍵在于你能選對方向、長久堅持。”張克非強調，在這個過程中，對手不是別人，是自己。戰勝自己往往比戰勝別人更重要。

回國之后，張克非推掉了不少行政職務和頭銜，只想踏踏實實地專注于科研與教學，做自己最喜歡的事情。“追求卓越是我們人生的一個奮斗目標，為國家、為民族、為世界、為科學，要不甘人后，但行事低調。”這是張克非一以貫之的人生理念。

張克非時常叮囑年輕人：“測繪技術是典型的多學科交叉融合的交會點，意義重大，值得我們用一輩子的時間去鉆研。”中國人講究傳承，他眼下的重心就在于帶領這個充滿朝氣的團隊向前突破，把年輕人培養成器，推動年輕的科學家不斷去探索和創新，在深空導航定位、太空采礦、太空遙感等領域去探索自然、探索宇宙，為更多“大事”作出卓越的貢獻。“希望通過我們的努力，能夠給學科、給學校、給這個行業留下更多更好的東西，能夠讓后人踩著我們的肩膀走得更高更遠。”

“我很幸運能夠從事這樣一個與前沿和顛覆性技術密切相關的領域，帶給我前所未有的挑戰和機遇。”總結過往的成績時，張克非總是將這些都歸于“幸運”，他說：“從讀書，到出國，到工作，再到回國，我一直走得比較順，是個幸運兒。”然而，在他這一句云淡風輕的“幸運”背后，卻藏著多少不為人知的犧牲、堅持與付出。

成功不會總降臨在“幸運者”的頭上，成功只會給那些時刻準備好了的人。“道固遠，篤行可至；事雖巨，堅為必成。”在科研攻關的道路上，張克非和他的團隊不會停下前進的腳步，他們已經把目光投向了更遠的未來。張克非和他的同事們一樣，充滿了憧憬，更充滿了斗志，“星辰大海、仰望星空、向夢而生，希望我們能永葆一顆雄心，砥礪前行，永遠占據在科學技術的制高點上”。

專家簡介

張克非，中國礦業大學國家特聘教授、資源環境技術研究院院長，澳大利亞皇家墨爾本理工大學榮譽教授，北星空間信息技術研究院院長，國際大地測量協會會士。本科與碩士畢業于武漢測繪科技大學（2000年并入武漢大學），博士畢業于澳大利亞科廷大學。長期從事衛星定位及大地測量學研究，主要研究方向為高精度GNSS/GPS定位算法及應用、GNSS大氣、空間天氣及氣候變化、空間態勢感知、太空資源開發與利用等，曾任澳大利亞空間研究專項空間平臺項目首席科學家和全球華人導航定位協會主席，是國際上率先將大地測量技術運用到GNSS大氣探測、空間追蹤和太空資源探測與利用等領域的開拓者和領跑人。