深空探测研究中心、火星相机与星表测绘

模块:04 科研 · 子文件:机构档案 本档案聚焦理大「深空探测研究中心(Research Centre for Deep Space Explorations, RCDSE)」——以机构与双主任(容启亮、吴波)为叙述核心,补全既有仪器档案(采样封装系统见 lunar-sampling-system.md、火星相机见 mars-camera-tianwen.md)所缺失的研究中心视角。来源以理大官方一手、理大刊物为主。

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# 一、机构概况速览

以下数据以理大官方一手来源为准(RCDSE 官网^※、2024年7月新闻稿^※):

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# 深空探测研究中心因何在 2021 年成立?

香港理工大学在航天工程领域的积累可追溯至 2000 年代,但将分散于工程与测绘学系的太空科研力量整合为独立研究中心,是 2021年5月^※ 通过理大跨学科研究学院(PAIR)正式成立 RCDSE 的战略选择。

RCDSE 的官方使命是「召集跨学科研究人员与工程师,探索宇宙演化、生命起源与消亡等终极问题,并研究行星资源勘探与利用技术」。中心明确列出四类应用愿景:通过开采月球氦-3(³He)缓解能源危机;协助应对气候变化;发现新矿物与材料;以及为未来载人月球基地建设提供技术支撑。这一定位将基础科学(月球演化、水资源起源)与国家战略需求(嫦娥七号/八号月球科研站)紧密结合。

2021 年选时并非偶然——嫦娥五号于 2020 年 12 月完成人类时隔 44 年后首次月球采样返回,理大团队(容启亮领衔)研发的「表土采样封装系统」立功其中。探月工程新阶段的开启,促成了这座将「造工具」与「做科学」合并于一体的研究中心的诞生。

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# 容启亮是谁?他在精密工程与航天中扮演什么角色?

容启亮教授(Ir Prof. Kai Leung Yung, BBS)是 RCDSE 主任,持有「钟士元爵士精密工程讲座教授^※」讲席,同时是理大工业及系统工程学系讲座教授及副系主任。BBS(铜紫荆星章)是香港特区政府授予的公民荣誉,授予在社区及专业领域有杰出贡献者。

其学术背景横跨精密工程、机电一体化(mechatronics)、自动控制与微纳制造。三十余年来,他的团队为国家多个重大航天任务研制核心精密仪器:嫦娥三号、四号的相机指向系统;嫦娥五号、六号的表土采样封装系统;天问一号火星任务的落火状态监视相机。每一件仪器都须通过「空间资格验证」——即在真空、极端温差、强辐射条件下证明设备可靠运作且无法在轨维修。

凭借嫦娥五号月球采样任务的贡献,容启亮荣获国家工业和信息化部等五部委联合颁授的「优秀个人奖」^※(2023年),确立了他在国家探月工程体系中的权威地位。其讲席冠名人「钟士元爵士」正是理工学院 1972 年首届校董会主席,这条从工业教育到国家航天的历史连线,是理大最具象征性的传承之一。

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# 吴波是谁?月面制图如何支撑采样与探测?

吴波教授(Prof. Wu Bo)是 RCDSE 副主任,持有「钟惠贞空间科学讲座教授^※」讲席,所在学系为土地测量及地理资讯学系(LSGI),亦是该系研究副系主任。「Fiona Cheung(钟惠贞)」讲席由香港商界人士钟惠贞女士(MH)捐资设立,她表示「对理大科学家参与多项国家航天任务感到骄傲」。

吴波于 2006 年在武汉大学取得摄影测量与遥感博士学位,其后在美国俄亥俄州立大学从事 NASA 资助的月球与火星探测项目博士后研究,2009 年加入理大。他的核心专长是行星 3D 地形测绘与地貌分析——通俗而言,即用遥感影像和摄影测量法为月球、火星精确绘制三维地形图,以支撑着陆点选择。

吴波团队为嫦娥三号、四号、五号提供着陆区地形测绘与选址分析^※,以及为天问一号火星任务成功识别安全且具科学价值的着陆点。凭借对天问一号的贡献,他亦荣获国家五部委联合颁授的「优秀个人奖」^※。截至目前,他已在国际期刊发表逾140篇同行评审论文,获得来自香港研究资助局与国家自然科学基金会合计逾2000万港元的研究资助。

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# 嫦娥五号月壤如何落地校园?样本怎么保存?

2024年7月3日,理大宣布成功获取嫦娥五号月壤样本;吴波亲赴北京国家天文台,将样本携带回港。

两份样品总计442.6毫克^※,构成如下:

样本现存于 RCDSE 校园「太空资源实验室(Space Resources Laboratory)」内专属建造的月壤储存与分析系统。该系统以99.999%高纯氮气保护,隔绝空气与水分污染;同时配置九台先进仪器,支持12种不同原位分析方法,在不取出样本、不破坏保存环境的条件下完成从形貌到化学成分的多维分析。这一系统使理大具备处理月球、火星乃至小行星样本的长期科研能力。

容启亮在获取样本后表示:「我们设计了嫦娥五号的表面采样装置,将有史以来最年轻的月壤样本带回地球,如今这批月壤就保存在理大校园——对团队别具意义。」(约译自中文引述,来源:科学网/中新社报道^※)

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# 「在月壤中找水」:理大团队研究什么、为何重要?

RCDSE 的月壤深度分析研究计划以「在月壤中找水(Finding Water in Lunar Soil)」为核心命题,具体聚焦于熔结碎屑(agglutinate)的微观结构分析。

「熔结碎屑」是月壤中一类特殊颗粒——由微陨石撞击在月面产生极高温度,将矿物碎片与玻璃质熔融结合而成。它们是月面「空间风化」过程的产物,也是研究太阳风与月面相互作用的关键物质。研究团队主要探讨:

• 熔结碎屑的微观形貌(micromorphology)是怎样的?
• 碎屑内部含有多少水分(water content),化学状态为何?
• 这些水来自哪里——是太阳风注入(solar wind implantation),是彗星/陨石撞击带来,还是月球古老火山活动的遗留?

吴波解释水的科学价值:「月球水分可能来自多种来源,包括太阳风注入、彗星或陨石撞击,以及月球上的火山活动^※。」这并非纯粹的科学好奇——弄清水的来源与赋存形式,直接关系到未来嫦娥七号、八号月球科研站建设阶段「就地利用月球水资源」的工程可行性。

执行此计划的研究团队由容启亮与吴波双领衔,核心成员还包括王星博士(土地测量及地理资讯学系博士后研究员)与谢尔盖·克拉西尼科夫博士(Dr Sergey Krasilnikov)(同系研究助理教授)。

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# RCDSE 的三大实验室平台分别做什么?

RCDSE 目前运营三个专属研究平台^※,分工互补:

三个平台共同覆盖从「轨道遥感选址→在轨仪器研发→样本回地分析」的完整研究链条。太空资源实验室亦被定位为面向未来的「样本银行」——当嫦娥六号月背样本(约2千克)及未来火星样本陆续返回,该平台可直接承接新一轮比较研究。

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# 理大的月壤研究链条如何从「造工具」延伸到「做科学」?

过去三十年,理大与国家航天工程的关系主要是「设备贡献者」——从相机指向系统到表土采样封装系统,都是以精密工程为国家探测器研制关键载荷。2024年月壤入藏标志着一个重要转折:理大不再只是「上游设备方」,而是作为「科学分析机构」直接进入月球科学研究的核心场域。

这一转折有清晰的物质证据:理大获取的 442.6 毫克月壤中,400 毫克表面铲取样品正是由理大自己设计制造的表土采样封装系统采集的——这批月壤可以说从采集端到分析端都打有理大的印记。容启亮将此称为「别具意义」,这不只是情感表达,也是对机构角色转变的确认。

在学术产出层面,RCDSE 于 2024年^※ 发表基于嫦娥五号月壤样本与遥感影像研制「PolyU-1 月壤模拟体(lunar regolith simulant)」的研究成果(刊载于《International Journal of Mining Science and Technology》,第34卷),为国际月面工程实验与就地资源利用(ISRU)技术开发提供标准参照物,是理大将样本研究转化为可重复利用科研工具的第一批成果之一。

同时,RCDSE 在吴波团队参与下已就嫦娥四号月背样本的玻璃球粒(glass globules)研究发表于《Science Bulletin》,以及嫦娥四号着陆点碳质球粒陨石物质研究发表于《Nature Astronomy》(2021年)——在月壤样本研究国际学术圈建立了持续发言权。

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# RCDSE 面向嫦娥八号与月球科研站有哪些布局?

2024年10月,吴波出任由香港科技大学牵头、多所香港院校与上海航天技术研究院联合组建的InnoHK 月面机器人研究中心副主任,该中心将为嫦娥八号任务研发月面多功能操作机器人及移动充电桩^※。嫦娥八号预计 2028 年前后发射,是国际月球科研站(ILRS)建设的前期技术验证任务。

RCDSE 官网亦明确将月面资源利用列为长期战略目标:「研究将为解决能源短缺(开采月球氦-3)、缓解气候变化以及发现新矿物与材料提供重要途径。」氦-3 是核聚变的理想燃料,月球极区也可能蕴藏大量水冰——这使 RCDSE 的基础科学研究与更长远的能源战略之间形成天然的叙事联系。

容启亮曾向媒体表示,团队「期待在未来数年内继续为国家作出贡献」,并将 2030 年前载人登月与火星样本返回列为下一个重要节点。理大以测绘(吴波)与精密工程(容启亮)双核领域布局,在行星遥感选址、仪器研制、样本分析三个层次上均已形成可持续的科研能力。

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