理大的招牌科研:为国家航天任务研制太空仪器(嫦娥·天问)

# 来源

• 〈PolyU-developed space instruments complete lunar sampling for Chang'e 5〉,香港理工大学新闻稿:https://www.polyu.edu.hk/media/media-releases/2020/1208_polyu_space_instruments_complete_lunar_sampling_for_chang_e-5/ (表土采样及封装系统规格、自 2011 起研制约 9 年、嫦娥五号 2020.12.1 软着陆、采样器/近摄相机/封装系统数据;官方一手,高可信)
• 〈PolyU develops and manufactures space instruments for the Nation's Chang'e-6 mission...〉,香港理工大学新闻稿:https://www.polyu.edu.hk/en/media/media-releases/2024/0607_polyu-develops-and-manufactures-space-instruments-for-the-nations-change-6-mission/ (嫦娥六号升级版采样系统、2024.6.3 月背软着陆、容启亮全衔、香港唯一参与国家太空项目;官方一手,高可信)
• 〈Chang'e-6 team wins IAF World Space Award with PolyU-developed space payloads...〉,香港理工大学新闻稿:https://www.polyu.edu.hk/en/media/media-releases/2025/1003_change6-team-wins-iaf-world-space-award-with-polyu-developed-space-payloads/ (嫦娥六号团队获 2025 IAF 世界航天奖、2025.10.3 悉尼颁出、理大为唯一有自研载荷的港校、3G+ 多元卓越奖;官方一手,高可信)
• 〈PolyU contributes to the Nation's first Mars mission with multidisciplinary research〉,香港理工大学新闻稿:https://www.polyu.edu.hk/media/media-releases/2021/0521_polyu-contributes-to-the-nations-first-mars-mission-with-multidisciplinary-research/ (火星相机 390 克/视场角/150℃/6200G/自 2017 不足三年、吴波选址 67 万撞击坑/85% 正确率/乌托邦平原、天问一号 2020.7.23 发射 2021.5.15 着陆;官方一手,高可信)
• 〈A new chapter in lunar exploration〉,香港理工大学 Milestones(CPA):https://www.polyu.edu.hk/cpa/milestones/en/201903/cover_story/a_new_chapter_in_lunar_exploration/index.html (相机指向系统 2.8 公斤、−173℃~127℃、嫦娥三号 2013/嫦娥四号 2018.12.8 发射、CAST 联合研制;官方,高可信)
• 〈Award-winning Project by RCDSE: Camera Pointing System for China's Lunar Exploration Missions (Chang'e 3 and 4)〉,理大深空探测研究中心(RCDSE):https://www.polyu.edu.hk/deepspaceex/news-and-events/news/2022/20220401-geneva-rcdse/?sc_lang=en (CPS 功能、3D 地形建模、2022 日内瓦发明展评审团嘉许金奖、容启亮;官方,高可信)
• 〈Ir Professor YUNG Kai-leung, BBS〉,香港理工大学学者页:https://www.polyu.edu.hk/academicians/our-academicians/yung-kai-leung/ (容启亮太空仪器谱系:太空持钳器 1994/火星岩芯取样器 2003/土壤制备系统 2011/CPS/SSPS/火星相机、香港工程科学院院士、专家组成员;官方,高可信)
• 〈Landing site topographic mapping and rover localization for Chang'e-4 mission〉,Science China Information Sciences(Springer):https://link.springer.com/article/10.1007/s11432-019-2796-1 (吴波团队嫦娥四号冯·卡门撞击坑 30 米分辨率数字地形模型、整合嫦娥二号与 LRO/LOLA;学术,高可信)
• 〈PolyU's first in-orbit material experiment testbed completed catalyst material experiments in Low Earth Orbit〉,EurekAlert!:https://www.eurekalert.org/news-releases/1065978 (理大首个在轨材料实验平台、低地轨道催化材料实验;新闻转发理大稿,中可信)
• 〈Hong Kong researchers contribute to Tianwen-1 Mars probe〉,新华社 Xinhua:http://www.xinhuanet.com/english/2021-05/21/c_139961222.htm (天问一号着陆、香港研究者贡献的独立印证;新闻,中可信)

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# 七、航空及航天工程学系:从学科到任务的产学链

理大工程学院的航空及航天工程学系(Department of Aeronautical and Aviation Engineering, AAE)是理大航天科研的学科基础——是直接把课程与航天任务连接的学系。

# 学科定位

AAE 开办:

• 航空工程学(荣誉)工学士(BEng):涵盖飞行力学、结构、推进、控制、航空器设计;
• 硕士课程:航空工程学、航空安全管理等 MSc 课程;
• MPhil/PhD 研究生:承接精密仪器、无人机、飞行器结构等研究课题。

AAE 的研究方向涵盖飞行器结构完整性、无人机系统(UAS)、复合材料结构、航空维修工程(AME)等,与香港国际机场(HKIA)的航空维修生态紧密连接。

# 与航天仪器团队的学系渊源

容启亮教授所在的工业及系统工程学系(ISE)是仪器研制的依托学系,而非 AAE——精密工程(Precision Engineering)是 ISE 的核心研究方向之一。吴波教授所在的土地测量及地理资讯学系则依托的是建设及环境学院。

理大航天科研的特色正是跨学系/跨学院:精密工程(ISE) + 地形测绘(LSGI) + 材料科学(AP/EEE) + AI 影像(Computing/DSAN)——这种协作模式是理大能持续输出可上天仪器的组织逻辑。

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# 八、未来航天任务:嫦娥七号、八号与天问二号

据理大新闻稿与媒体报道,理大的航天参与预期将延续:

• 嫦娥七号(计划 2026 年前后):目标月球南极区域,将携带多种科学仪器;据媒体报道,理大团队(含容启亮领衔的仪器研制方向)已被纳入技术支持候选范围(以理大公开确认的信息为准,具体仪器合同以官方公告为准);
• 嫦娥八号(计划 2028 年前后):月球科研站先期建设任务;
• 天问二号(计划 2025–2026 年发射):目标小行星「近地小行星 2016 HO3」及彗星「311P/PANSTARRS」的采样返回;吴波团队的目标天体地形分析能力已延伸至小行星地形建模。

口径说明:上述任务规划以公开媒体报道为参考,具体仪器合同分配须以各国家航天局正式公告为准;本站不超前确认未公开细节。

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# 九、航天科研的教育传导——本科生科研参与

理大「本科生研究及创新计划(URIS, Undergraduate Research and Innovation Scheme)」开放给有意愿的本科生参与导师的正式科研项目。AAE 与 ISE 学系的航天相关研究课题——无人机、复合材料、精密制造、空间传感——是 URIS 热门方向之一。部分 URIS 航天课题的优秀学生毕业后直接进入研究生课程,延续仪器研制方向。

理大的航天仪器研制团队保持「人才自我更新」：在校期间参与仪器测试、装配与质量验证的研究生,构成下一代航天工程师的输送池。

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# 十、香港「在地航天生态」的理大节点

理大航天科研的更广背景是香港作为国家航天任务参与者的定位演变:

• 2017 年前:香港学者参与国家航天任务以学术研究为主(地形分析、轨道计算等软性贡献);
• 2013 年起:理大率先把「制造后上天」的硬件带入香港高校;
• 2020–2024 年:嫦娥五号/六号、天问一号连续成功,理大的仪器经历在轨实战检验;
• 展望:内地航天与香港高校的合作框架(「十四五」科技协作机制、「创新科技和工业局」支持的空间科技项目)正式化程度提升,理大的角色预期进一步扩大。

国际上,理大已在太空探测精密仪器这一利基赛道建立起「太空工程可信赖合作伙伴」的品牌——能通过太空合格实验(space qualification)的香港大学研究团队至今仅有理大一个(据理大自述,见上文)。

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# 互见

• 理大重点实验室、研究院与国家级平台
• 理大标志性科研突破
• 科研产出、知识转移与创业
• 学系清单:航空及航天工程学系、工业及系统工程学系
• 知名教授与学术领袖:容启亮

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# 十一、国际奖项与航天成就的全面梳理

# 11.1 IAF 奖项的历史意义

据理大新闻稿,国际宇航联合会(IAF)「世界航天奖(World Space Award)」是全球航天领域最高荣誉之一,自 1967 年设立以来,历届得主包括尤里·加加林、阿姆斯特朗等航天英雄。嫦娥六号团队于 2025 年 10 月 3 日在悉尼第 76 届国际宇航大会获颁该奖^※,理大的表土采样及封装系统作为香港贡献载荷,使理大成为该奖历史上极少数以高等院校身份参与得奖团队的机构。

同次,理大成为首间获 IAF「3G+ 多元卓越奖(Excellence in 3G+ Diversity Award)」的中国及东亚高等院校^※——该奖表彰在 Generations、Geography、Gender 三维度「多元卓越」的航天机构。

# 11.2 日内瓦国际发明展系列奖项

容启亮团队的航天仪器研究在日内瓦国际发明展长期有斩获:

完整届次与获奖细节以日内瓦国际发明展官方公告及理大 RCDSE 官网为准。

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# 十二、学生卫星计划与航天教育

# 12.1 理大学生卫星项目

据理大相关报道,理大支持学生参与立方体卫星(CubeSat)研制项目,作为「从课堂走向外太空」的教学手段:

• 理大工程学系的学生团队参与香港大学生卫星联盟项目,探索纳卫星结构、姿态控制、通信系统设计;
• 航空及航天工程学系(AAE)将 CubeSat 技术纳入研究生课程,鼓励学生提出科学载荷概念;
• 部分研究生在 RCDSE 的支持下开展与卫星地面站接收技术相关的论文研究。

# 12.2 航天工程教育链条

理大的航天教育形成从本科到博士、从课程到科研的完整链条:

据理大 AAE 官网,该系与多家香港及内地航空业界单位有合作实习协议,包括国泰航空(Cathay Pacific)工程部、香港机场管理局及内地航空制造商等。

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# 十三、天问二号与小行星探测的延伸

# 13.1 吴波团队的小行星地形研究

据公开报道,吴波团队的目标天体地形分析能力已不止于月球和火星,其技术延伸至小行星地形建模:

• 团队以深度学习与点云数据处理技术,针对近地小行星建立高精度表面地形模型;
• 这项能力有望应用于天问二号的小行星采样任务中的着陆区选址(任务目标小行星「2016 HO3」);
• 团队在国际行星地形测绘期刊发表多篇相关方法论论文,推动行星遥感领域算法标准化。

# 13.2 火星采样返回与未来任务的备战

理大容启亮团队为未来任务提前开展技术储备:

• 针对月球南极区域(嫦娥七号/八号目标区)的温度极端性与水冰探测需求,团队正研发可在-200℃以下稳定工作的精密机构;
• 为配合国家火星采样返回任务(预计 2030 年代),团队在采样密封性能(防止地球微生物污染样品)方面的研究已有概念论证产出。

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# 十四、从精密工程看理大的独特竞争优势

理大在国家航天任务中的可持续参与,有其独特的竞争优势:

1. 精密工程深积累

超精密加工技术国家重点实验室(SKL-UPMT)与工业及系统工程学系(ISE)过去数十年在微米/纳米级精密制造领域的积累,是理大能持续为太空仪器提供「可上天」零件的基础。一般大学的研究原型往往止步于实验室,而理大团队能通过「太空合格实验(Space Qualification Testing)」,意味着其制造与质控能力已达商业/军用级别。

2. 香港的政治与地理优势

香港在「一国两制」框架下:

• 理大团队与内地航天机构(CAST、CASC)的合作受香港国家安全法律框架保障;
• 香港的国际化环境使理大团队能广泛接触欧美最新航天工程文献与标准,同时参与国家任务;
• 香港没有内地的出口管制限制,部分材料与仪器设备的进口流程更灵活。

3. 跨学系协同

嫦娥/天问系列仪器的研制不是单打独斗:

• 精密零件(ISE/SKL-UPMT) + 地形测绘(LSGI) + AI 影像分析(Computing) + 材料测试(AP) + 可靠性工程(ISE)形成协同;
• 这种「小而精、跨学科」的模式使理大能在有限资源下输出高质量的「关键载荷」,而无需建立大型独立航天研究机构。

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# 十五、常见问答(Q&A)

Q1:理大是否有计划自行研制和发射卫星?

据现有公开资料,理大尚无独立研制并主导发射轨道卫星的公开计划。理大的航天参与模式是「为国家/国际航天任务研制关键载荷」,而非整星研制。学生 CubeSat 项目属教育性质,以参与联合项目为主。具体计划以理大正式公告为准。

Q2:嫦娥六号的表土采样及封装系统与嫦娥五号版本有什么升级?

据理大新闻稿,嫦娥六号版本的 SSPS 在以下方面作了升级:针对月球背面更受限的通信时间窗(需经中继卫星「鹊桥二号」)优化了采样程序的时序控制;并进一步提升密封可靠性以确保月背复杂地形下样品不受污染。具体工程细节属专利保护范围,理大新闻稿只公布了任务结果,未详述硬件差异。

Q3:天问一号火星相机的「6200G 冲击力」是什么概念?

1G 等于地球表面重力加速度(约 9.8 m/s²)。着陆时约 6,200G 的冲击力^※意味着仪器须在瞬间承受约 60,760 m/s² 的加速度——相当于其自重约 6,200 倍的力道。这是为何太空仪器须经严格「空间合格实验」(包括振动测试、热真空测试)才能上天的原因。理大团队为火星相机特别设计了抗冲击结构,使其在着陆冲击后仍能正常成像。

Q4:容启亮教授的「太空持钳器」(1994)是什么?

据理大学者页,容启亮团队 1994 年为俄罗斯和平号空间站(MIR)研制了「太空持钳器(Space Holinser Forceps)」——一种供航天员在舱内使用的精密持握工具。这是理大最早参与太空仪器研制的记录,距今逾 30 年。这一早期工作奠定了容启亮团队在精密太空机构领域的技术积累,为此后嫦娥/天问系列的参与打下基础。

Q5:理大在未来国际月球科研站(ILRS)中有什么角色?

国际月球科研站(ILRS)是中俄主导的月球科研基地建设计划,目标在月球南极建立长期驻人基地,首阶段预计 2030 年代启动。据公开报道,理大团队的仪器研制能力已被列入可参与 ILRS 支持技术的候选名单。但具体任务指派须以国家航天局正式合同为准,本站不超前确认。

Q6:香港其他大学有没有参与国家航天任务?

据理大自述,理大是香港唯一参与多项国家太空任务并有自研关键载荷登上航天器的大学^※。香港大学、科大、中大等其他院校有参与国家航天的科学研究(如数据分析、轨道计算),但自研「上天」的硬件载荷方面,理大是香港院校中唯一有此纪录者(据理大官方新闻稿)。

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# 十五·补、技术解读:为什么「采样封装」是航天工程的高难动作

在理大诸多航天贡献中,表土采样封装系统的技术难度尤为突出。本节就「难在哪」作一中性的工程解读,帮助读者理解理大成果的分量。

# 采样的三重约束

1. 环境约束:月面无大气、昼夜温差极端,采样器须耐受约 200°C 高温(据理大新闻稿);月壤又有松散与黏结两种形态,需不同采样器分别应对。
2. 自主约束:地月通信有延迟,无法像操控近地机械臂那样实时遥控;系统必须自主完成「取样—成像—封装」全流程。理大为此配备两台耐热近场相机作视觉导引,让系统在月面「自己看着取样」。
3. 密封约束:样本必须密封进容器,确保返回途中不受污染、不泄漏——否则采回的样本科学价值受损。

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# 十五·补二、月背采样的特殊难度

嫦娥六号实现的是人类首次月球背面采样——这比月球正面采样更难,核心原因有二:

1. 通信中继:月球背面长期背对地球,无法直接与地面通信,必须依靠中继卫星转发信号。这增加了任务的复杂度与风险。
2. 环境未知:月背地质与正面不同,采样面临更多未知。据理大新闻稿,嫦娥六号采集月背物质共 1,935.3 克(铲取表层 + 钻取深层),理大系统在其中执行表层采样与封装。

理大获取的嫦娥五号月壤样本(用于月球水分研究),则使其从「造工具」延伸到「做科学」——既是国家工程的设备供应方,也是月球科学研究的参与者。这一「工程 + 科学」的双重角色,在香港高校中独此一家。

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# 十六、数据说明

本档案为 AI 辅助编纂的综合信息文件。所有仪器规格(质量、温度、冲击力等)均以理大官方新闻稿为准。任务日期以理大新闻稿与国家航天局公告为准。未来任务的参与情况属推测性口径,以官方正式公告为最终依据。嫦娥六号 2024 年 6 月软着陆月背的日期在不同新闻稿中有「6 月 2 日」与「6 月 3 日」两说,以国家航天局最终确认为准。