人类的文明史，可被视作一部不断探索、认知并描绘世界的地图史。从洞穴壁画的星星点点，到羊皮卷上的地理疆域，再到数字地球的广袤无垠，地图始终是人类认知拓展的重要手段，是文明进步的基石。今天，在新质生产力的时代洪流下，地图正经历一场前所未有的变革，数据、算力、算法及多学科交叉知识等正在从根本上重塑地图学的内涵和外延。

过去，我们展开一张纸质地图，在图上辨明地形、找寻路线。现在，地图是融合空天地海、链接过去未来的数字底座，我们在图上感知空间、认知世界。未来，地图还将描绘深空、深地、深海、深蓝、深时等五类“深度”空间，构成新时代最具前瞻性的时空智能表达形式——新质地图。

深空，泛指地外空间，即地球大气层以外遥远的宇宙空间，深空制图描绘宇宙（包括月球、火星等），构建星际坐标系；深地，泛指地球表层以下较深区域，深地制图透视地球，描绘地球表层以下区域，揭示地质构造规律（如板块运动等）；深海，泛指水深超过200米的海洋区域，深海制图透过海水，描绘海底地形和矿产资源等，助力海洋科学研究和海洋经济发展；深蓝，泛指网络空间，深蓝制图实现物理空间到网络空间的映射虚拟，描绘比特洪流，为人们提供具有临境感的认知环境；深时，泛指时间的深度或长度，深时制图描绘长时间序列的物质和社会经济的历史演变与未来趋势，洞察规律，帮助人们认识过去、现在和未来。

新质生产力驱动地图学不断创新突破，而地图也正逐步演化成为新质生产力的有机组成部分。深空感知、深地模拟、深海呈现、深蓝映射、深时分析等新质地图，将融合新数据、集成新算法，在“五深”空间不同维度上表达复杂巨系统的状态与过程，以前所未见的广度、深度和精度，打造真正可计算、可预测的时空基底引擎。

通常所说的深空探测，是指探测器挣脱地球引力束缚，对月球及更远的行星、小行星、彗星等天体乃至广袤星际空间开展的科学探索活动。近几十年来，世界各航天大国持续推进深空探测工程，曾经出现于《流浪地球》《独行月球》《火星救援》等科幻电影中的壮阔场景，正一步步从想象变为现实。

深空制图，是专为深空探测工程任务与科研活动量身打造的制图技术，核心是为各类探测活动提供空间信息支持。作为深空探测的核心内容，行星探测依据任务深度与技术复杂度，主要划分为四种关键模式：飞越探测，即快速掠过目标行星，收集基础数据；环绕探测，即长期在轨观测行星的地形地貌、地质构造、空间物理场（如引力场、磁场等）等特征；着陆与巡视探测，即探测器登陆行星表面，进行表面成分分析、地质环境勘察等；采样返回探测，即携带行星样品返回地球，为研究行星起源与演化提供实物依据，深空制图贯穿每种模式的全过程。在这些探测任务中，深空制图可产出丰富多样的制图产品，既包括行星地形地貌图、矿物成分分布图、空间物理场分布图、地质构造图，也涵盖面向具体工程需求的专题图，如保障探测器安全着陆的着陆区选址图、规划探测路径的巡视探测路径规划图、优化飞行轨迹的探测器轨道规划与导航图等。

行星地形地貌图示例——火星表面地形地貌图

制图/曾兴国

当前，深空制图在行星探测中扮演着“空间导航官”的关键角色，核心作用是提供与行星表面位置相关的空间信息与导航服务，其制图成果已被广泛应用于着陆区选址、探测器导航规划等任务中。例如，在着陆区选址时，行星地形地貌图是主要依据，工程师依托地形数据筛选坡度小于8°的平坦区域，同时结合撞击坑、岩块分布等信息避开危险障碍物，为探测器平稳落地提供关键的安全保障；在行星巡视器的路径规划与探测导航中，三维地形可视化图、矿物成分分布图、地质构造图充当“向导”——既能帮助巡视器避开陡坡、巨石等危险地形，又能精准定位探测器位置、规划最优探测路线，引导巡视器优先驶向矿物异常区等具有高探测价值的区域开展近距离探测；在探测器轨道设计与导航规划中，行星地形地貌图与引力场分布图是“轨道校准器”，通过参考这些信息，可优化探测器在轨轨道，避免因引力异常引发轨道偏离，同时实现飞行轨道的星下点定位，助力探测轨道的精准定位与覆盖区域分析，从而保障环绕探测的稳定性。

空间物理场分布图示例——月球南极艾特肯盆地布格重力异常分布图

制图/曾兴国

资料来源/美国宇航局重力恢复与内部实验室（NASAGRAIL）发布的月球南极重力场数据

矿物成分分布图示例——月球表面二氧化钛（TiO2）含量分布图

制图/曾兴国

资料来源/杨晨等著《基于深度学习与嫦娥五号样本的月球表面化学成分综合制图》（Comprehensive mapping of lunars urface chemistry by adding Chang’E-5 samples with deep learning）

不过，随着深空探测理念的不断深化和探测技术的飞速进步，行星探测正朝着更遥远的深空迈进：从探测目标来看，已从月球、火星逐渐拓展到更小、更暗弱的小行星、彗星，甚至是广袤的星际空间；从探测范围而言，也不再局限于行星表面，而是延伸到行星的地表空间、地下空间、近地空间，以及探测器飞行轨道空间、星际空间等多尺度复杂空间。面对这一发展趋势，研发深空制图理论与技术，构建适配星际空间场景的探测器定位与导航图，实现深空探测器的精准定位与导航，已成为未来深空探测领域优先发展的方向。

地质构造图示例——嫦娥六号月球着陆区地质构造图

制图/曾兴国

资料来源/曾兴国等著《嫦娥六号月球背面阿波罗盆地采样返回任务的着陆点》（Landing site of the Chang’E-6 lunar far side sample return mission from the Apollo basin）

要构建未知深空场景的定位与导航图，首先需要在制图理论层面上实现突破——打破以往仅以天体表面为单一制图对象的传统理念，建立“宏观—中观—微观”多尺度位置关联的全空间制图场景。

宏观场景聚焦“星际尺度”的空间位置关系，涵盖太阳、探测目标行星、地球等天体，以及探测器、着陆探测器等设备之间的相对位置关系，甚至包括探测器所处的宏观行星轨道信息。在这一尺度下，可将天体简化为“点”对象处理，进一步把天体的运行轨道拓展为“线”对象，将轨道平面归纳为“面”对象，把广袤的星际空间理解为三维“体”对象。在此基础上，引入国际天球参考框架。该参考框架是由国际地球自转服务局（International Earth Rotation and Reference Systems，IERS）推荐的天球参考框架和太阳系质心坐标系，主要基于J2000.0历元的平赤道面和天极方向，以IERS天文常数为基础进行定义。它是现代天文学中用于确定行星与太阳以及行星之间相对位置的“基准标尺”，其位置信息主要通过精密星历表（如美国喷气推进实验室发布的DE系列星历表）查询及插值获取。

中观场景聚焦“行星表面尺度”，以探测器着陆点为参考点，构建行星表面局部站点坐标系统，用于表示巡视探测器在行星表面的相对位置。该坐标系统可通过三维空间直角坐标转换，与特定行星的投影坐标系相关联，再通过相应的地图投影方法，转换为便于工程应用的行星地理坐标系统。

巡视探测路径规划图示例——玉兔二号月球车巡视探测路径规划图

制图/曾兴国

资料来源/中国探月工程玉兔二号探测数据

微观场景聚焦“探测器与探测目标尺度”，通过构建探测器本体坐标参考系，精准表达探测器本体、科学载荷与探测目标之间的相对位置关系，包括探测器和载荷的空间结构、姿态方位，探测目标的几何形态及其在地下、地表、近地空间的具体位置等。该坐标系也可通过三维空间直角坐标转换，与行星表面局部站点坐标系相关联，从而将探测器的探测能力范围、探测目标的具体位置，精准映射到行星空间场景中。

在技术层面，构建面向未知深空场景的定位与导航图，需要分阶段推进，逐步发展不同层次的深空制图技术，同时结合已获取的探测数据进行持续迭代优化。

在探测任务前期，目标天体的观测数据有限，此时先搭建好制图所参考的多尺度基准参考空间框架，再利用生成式人工智能开展数字仿真——结合已知的星历表和探测器的规划飞行轨道，通过数值仿真计算出探测器与目标天体的相对位置，测算探测器全生命周期的飞行轨迹，并完成飞行轨道预报制图。

探测任务执行期间，随着目标天体轨道观测数据的逐步获取，可对轨道预报数据进行持续优化，更新探测器与目标天体的位置信息，让深空导航图在任务执行过程中不断修正、升级，更贴近实际探测场景。

飞行轨道预报制图示例——左图为天问一号火星环绕器与星际天体阿特拉斯（3I/ATLAS）相对位置示意图，右图为2025年10月3日相机拍摄时左图的局部放大图

图/国家航天局 中国科学院国家天文台

进入探测任务后期，在积累足够多的探测数据后，可运用人工智能大模型综合分析多源数据，得出更精确的天体轨道位置信息，更新探测目标天体的星历，并将这些成果同步到导航图中，最终形成高精度深空导航图。

要实现深空场景下的精准定位与导航，还需要充分利用现有的深空测控与导航资源，构建与深空导航图相适配的导航基础设施。目前，月球、火星轨道上已有多颗正在执行环绕探测任务的卫星；日地拉格朗日点轨道上，有鹊桥号、鹊桥二号等承担中继、导航、通信任务的卫星；地面上，分布着多个深空测控基站；地球轨道上还有各类观测卫星。天文领域中，脉冲星所发出的周期性射电信号具有极高的时空稳定性，因此脉冲星可作为天然的“宇宙灯塔”，成为导航标志物。通过整合这些地基、星基、自然天体基准资源，可构建起协同高效的深空导航体系，为深空探测器保驾护航。

据来自国家航天局等深空探测领域的专家介绍，在未来一段时间，我国行星探测将迈入密集任务期。在月球探测方面，嫦娥七号等探测器将着陆月球南极，开展水冰搜寻等综合探测，载人登月任务计划实现中国人首次月球着陆；在小行星探测方面，天问二号将探访地球“准卫星”2016HO3，开展遥感探测并完成采样返回；天问三号将启程前往火星，目标是实现人类首次火星采样返回；天问四号规划探测更遥远的木星系。

随着这些任务的持续推进，深空制图也将迎来蓬勃发展的机遇——通过构建“月表空间”“火星表面空间”的高精度导航图，持续研发“地月空间”“地火空间”乃至太阳系“星际空间”的深空导航图。深空制图将不断完善空间位置信息服务与导航支持，为我国行星探测工程的顺利实施提供坚实保障。在不久的将来，配备高精度导航图的行星智能探测器，很有可能实现自主驾驶宇宙飞船到太空采矿，使人类获取星际宝藏不再只是梦想。

※文/曾兴国 刘建军 任福

※审图号：GS京（2026）0908号

注：本文部分内容来自国家自然科学基金研究项目（项目号：12203073）。