表土采样封装系统 深度档案：嫦娥五号与六号

香港理工大学(The Hong Kong Polytechnic University, PolyU)综合信息数据库 · 04 科研模块 一台耐得住 200°C 高温、又要在无人操控下「自己看着取样」的机械——这就是理大研发的表土采样封装系统。本档案聚焦理大研发的「表土采样封装系统(Surface Sampling and Packing System)」——它在 2020 年嫦娥五号首次月球采样返回、2024 年嫦娥六号人类首次月背采样中执行月面取样与封装任务。这是理大航天科研「招牌中的招牌」之一。 航天科研总览与火星相机见 aerospace-and-space.md；全景时间线见 aerospace-program-overview.md；本篇专注采样封装系统本身。资料以理大新闻稿、理大刊物、相关学系页与权威媒体为主，数字均注明来源。

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# 一、概况速览

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# 二、系统做什么：在月面自动取样与封装

「表土采样封装系统」要在月球表面自动完成一系列高难度动作——这一切都在地月遥远距离、无法实时人工操控的条件下进行。据理大新闻稿（嫦娥五号）^※，系统包含：

• 两个采样器：可耐受约 200°C 高温，分别用于采集松散态与黏结态的月壤（月球昼夜温差极大，月壤形态各异）；
• 两台耐热近场相机：在取样过程中提供视觉导引（在月面实时「看」着取样）；
• 封装密封系统：把采集到的样本密封进容器，确保返回地球途中样本不受污染、不泄漏。

采样过程须同时闯过三重关卡：环境上，月面无大气、昼夜温差极端，采样器须耐受高温，又要应对月壤松散与黏结两种形态；时序上，地月通信有延迟，系统必须自主完成「取样—成像—封装」全流程，不能靠地面实时遥控；结果上，样本必须密封进容器，确保返回途中不受污染、不泄漏——任何一关失手，整个采样返回任务就可能功亏一篑。

据理大新闻稿，嫦娥五号版本的系统具体构成包括：采样器 A、采样器 B（两支，分别约 35 厘米与 30 厘米长）、近摄相机两台（耐热至 130°C）、密封封装系统（重 1.5 公斤）、样品容器（360 克），整个系统部件数逾 400 个，须应对月面高达约 110°C 的高温，目标采样量最多约 2 公斤（以机械方式采集）。材料上采用钛合金、铝合金、不锈钢——这些都是在极端温差下仍能保持尺寸稳定、不易疲劳断裂的航天级材料。

来源强度：采样器规格、近摄相机耐热参数、封装系统重量、部件数与材料均见理大嫦娥五号新闻稿。

来源强度：系统组成（双采样器、耐 200°C、近场相机、封装密封）见理大嫦娥五号新闻稿。

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# 三、技术脉络：从相机指向系统到采样封装系统

表土采样封装系统不是容启亮团队第一件上天的仪器。据理大 Milestones 报道^※，团队早在嫦娥三号（2013 年）便与中国空间技术研究院(CAST)联合研制「相机指向系统(Camera Pointing System, CPS)」——一套重约 2.8 公斤、可在 −173°C 至 127°C 极端温差下运作的「可转动的眼睛」，安装在着陆器顶部，负责拍摄全景影像与建立三维地形模型；其后 CPS 又随嫦娥四号（2018 年 12 月 8 日发射）登陆月背，协助人类首次月背软着陆。这段脉络的完整技术细节见 aerospace-and-space.md 第二节。

这两代相机指向系统积累的经验——耐极端温差的机械设计、月面自主作业、与 CAST 的联合研制模式——直接延伸进了 2011 年启动研制的表土采样封装系统。换言之，采样封装系统并非从零起步的孤立项目，而是容启亮团队自 2013 年起在月球任务中持续验证的精密工程能力的又一次迭代，只是这一次任务从「拍摄与建模」升级为「触碰月壤并带回地球」——难度与责任都高出一个量级，因为样本一旦污染或泄漏便不可逆转。

来源强度:CPS 重量、温差范围、嫦娥三号(2013)/嫦娥四号(2018.12.8)时间线、CAST 联合研制，均见理大 Milestones 报道；详细技术参数与日内瓦发明展金奖见 aerospace-and-space.md。

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# 四、嫦娥五号(2020)：首次月球采样返回

# 4.1 任务经过

据理大新闻稿^※与相关学系页：

• 嫦娥五号探测器于 2020 年 11 月 24 日发射；
• 2020 年 12 月 1 日软着陆月球后，理大研发的系统自动完成月面取样与封装;
• 这是中国首次月球采样返回任务，理大系统是其中执行月面取样的关键设备。

从 2011 年受命研制到 2020 年任务成功，理大团队为这套系统投入了约 9 年时间——这一时间跨度，反映的正是航天工程「十年磨一剑」的常态：每一个零件、每一道工序都须经过反复的地面模拟测试与空间资格验证，才能获准装上真正飞往月球的探测器。这也是嫦娥五号任务成功后，理大新闻稿特别强调「自 2011 年起受命研制，历时约 9 年」这一时间线的原因——它标志着一次长期投入的兑现，而非临场发挥。

据香港媒体报道^※，容启亮领导约 20 多名香港科研人员参与这套系统的设计、制造与测试，整套装置由逾 400 件工件组合而成——这意味着团队规模并不庞大，却要承担一项「不容返工」的国家级任务：装置一旦随探测器发射升空，任何设计缺陷都无法在月面维修或更换，唯有靠地面阶段的反复验证把风险压到最低。

# 4.2 团队与命名讲席

系统由容启亮教授(Professor Yung Kai-leung)领衔。其头衔「钟士元爵士精密工程教授(Sir Sze-yuen Chung Professor in Precision Engineering)」本身就串起理大历史——钟士元爵士正是 1972 年理工学院首任校董会主席（见 00 概览 · 治理），以其命名的讲席教授如今领衔国家航天工程，可谓理大「应用工程」血脉的当代延续。

来源强度：发射(2020.11.24)、着陆采样(2020.12.1)、容启亮领衔与讲席命名，均见理大新闻稿。

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# 五、嫦娥六号(2024)：人类首次月背采样

# 5.1 历史性的「月之暗面」采样

据理大新闻稿（嫦娥六号）^※:

• 理大团队通过研发制造「表土采样封装系统」，协助国家完成世界首次月球背面采样;
• 任务着陆器采集了月背物质共 1,935.3 克——包括用铲(scoop)采集的表层土壤与岩石，以及用钻(drill)采集的次表层样本；
• 月球背面长期背对地球、通信需中继卫星，采样难度高于正面；嫦娥六号是人类首次从月背取回样本。

据中国国家航天局公告^※，嫦娥六号着陆器与上升器组合体于2024 年 6 月 2 日在月球背面南极-艾特肯盆地(South Pole-Aitken Basin)、阿波罗撞击坑(Apollo Crater)边缘预选区域软着陆。南极-艾特肯盆地是目前已知月球上最大、最深、最古老的撞击盆地——其地质构成与演化历史，对理解月球乃至地球早期演化都具有独特科学价值，这也是国家将首次月背采样任务选址于此的关键原因。据新华社权威快报^※，最终确认采回的月背样品总量为 1,935.3 克，创下多项人类月背采样纪录。

月球背面比正面更难采样，核心原因有二：月背长期背对地球，无法直接与地面通信，必须依靠鹊桥中继卫星转发信号，增加了任务复杂度与风险；月背地质与正面不同（正面多为月海玄武岩、背面月壳更厚且撞击盆地更古老），采样面临更多未知。理大系统在嫦娥六号任务中执行的正是表层采样与封装这一环节，与钻具负责的次表层钻取互为补充，共同完成了这份「世界首份月背快递」。

# 5.2 理大获取样本开展研究

据Pulse@PolyU 报道^※与香港媒体报道^※，理大不仅研发采样设备，还两度获配嫦娥五号月壤样本：一份为表层样本 400 毫克（正是由理大自研的表土采样封装系统采集所得）、另一份为深层钻取样本 42.6 毫克，合共约 442.6 毫克，存放于理大的月壤储存及分析系统内，开展熔结碎屑微结构、含水量与来源等研究，服务于月球水分(water presence on the Moon)等课题——从「造工具」延伸到「做科学」，完成了从工程贡献到科学产出的闭环。报道并指理大计划申请研究嫦娥六号带回的月背样本，若成事将使理大成为香港少数同时持有月球正面与背面样本的研究机构。理大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。这一系统性的科研布局由 深空探测研究中心(RCDSE) 承载，容启亮任主任、测绘学者吴波任副主任，二人分工分别对应「采样工程」与「选址测绘」两条线。

来源强度：月背采样、着陆于南极-艾特肯盆地阿波罗撞击坑、1,935.3 克总量、铲/钻采样方式见中国国家航天局公告与新华社快报，以及理大嫦娥六号新闻稿；理大获取月壤样本（400 毫克 + 42.6 毫克）研究月球水分见 Pulse@PolyU 与香港媒体报道。

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# 六、嫦娥五号与嫦娥六号采样任务对比

两次任务虽由同一套技术脉络支撑，但着陆地点、采样条件与样本处理方式均有明显差异，对照如下：

来源强度：嫦娥五号采样总量 1,731 克见中国政府网（国家航天局交接仪式报道）；理大官方新闻稿未逐一列出该数字，特此标注出处以作区分；其余数字见上文各节标注来源。

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# 七、技术意义与影响

# 7.1 香港唯一深度参与者

据理大资料，理大是香港唯一具备国际航天资格经验、并深度参与国家月球采样工程的高校。在嫦娥五号、六号这类「国家级、不容失败」的工程中承担关键设备研发，体现了理大精密工程能力获得国家级信任。这一角色的制度化载体是 2021 年 5 月成立的 深空探测研究中心(RCDSE)，它把采样封装系统、相机指向系统与吴波团队的着陆区测绘整合进同一研究架构。

# 7.2 与火星相机、太空科研的协同

采样封装系统并非孤立成果。理大同一脉络的航天贡献还包括：

• 火星相机(Mars Camera)：用于天问一号火星任务（见 aerospace-and-space.md）；
• 相机指向系统(Camera Pointing System)：用于嫦娥三号、四号；
• 以及深空探测相关的多学科研究（见 deep-space-exploration-research-centre.md）。

这些共同构成理大「国家航天工程的香港伙伴」角色。

# 7.3 面向嫦娥七号、八号与国际月球科研站的展望

国家探月工程尚未止步于嫦娥六号。据国家航天局公开信息^※，后续嫦娥七号（计划 2026 年前后发射，聚焦月球南极水冰与挥发物探测）与嫦娥八号将进一步为国际月球科研站(ILRS)打基础，且已面向国际征集合作载荷——公开报道提到香港科技大学与理大团队研发的「多功能月面作业机器人及移动充电站」项目入选嫦娥八号任务合作名单。不过截至本文更新时，理大官方尚未就表土采样封装系统团队在嫦娥七号、八号中的具体角色发布正式新闻稿，此处仅作方向性提示，具体分工与设备清单请以理大及国家航天局后续公告为准，勿据此展开推断。理大航天科研的更完整版图见 aerospace-program-overview.md。

来源强度：嫦娥七号发射窗口、国际合作载荷征集见国家航天局公开信息；理大/科大机器人项目入选嫦娥八号一节为公开报道提及，未见理大就采样系统团队角色的官方确认，故本节措辞刻意留有余地。

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