深空探測研究中心、火星相機與星表測繪

模組:04 科研 · 子檔案:機構檔案 本檔案聚焦理大「深空探測研究中心(Research Centre for Deep Space Explorations, RCDSE)」——以機構同雙主任(容啟亮、吳波)作為敍述核心,補全現有儀器檔案(採樣封裝系統見 lunar-sampling-system.md、火星相機見 mars-camera-tianwen.md)所缺失嘅研究中心視角。來源以理大官方一手、理大刊物為主。

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# 一、機構概況速覽

以下數據以理大官方一手來源為準(RCDSE 官網^※、2024年7月新聞稿^※):

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# 深空探測研究中心點解喺 2021 年成立?

香港理工大學喺航天工程領域嘅積累可以追溯到 2000 年代,但將分散喺工程同測繪學系嘅太空科研力量整合為獨立研究中心,係 2021年5月^※ 透過理大跨學科研究學院(PAIR)正式成立 RCDSE 嘅戰略選擇。

RCDSE 嘅官方使命係「召集跨學科研究人員同工程師,探索宇宙演化、生命起源與消亡等終極問題,並研究行星資源勘探與利用技術」。中心明確列出四類應用願景:透過開採月球氦-3(³He)紓緩能源危機;協助應對氣候變化;發現新礦物與材料;以及為未來載人月球基地建設提供技術支撐。呢個定位將基礎科學(月球演化、水資源起源)同國家戰略需求(嫦娥七號/八號月球科研站)緊密結合。

2021 年揀呢個時間唔係偶然——嫦娥五號喺 2020 年 12 月完成咗人類相隔 44 年後首次月球採樣返回,理大團隊(容啟亮領銜)研發嘅「表土採樣封裝系統」喺當中發揮咗關鍵作用。探月工程新階段嘅開啟,促成咗呢座將「造工具」同「做科學」合而為一嘅研究中心誕生。

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# 容啟亮係邊個?佢喺精密工程同航天中扮演咩角色?

容啟亮教授(Ir Prof. Kai Leung Yung, BBS)係 RCDSE 主任,持有「鍾士元爵士精密工程講座教授^※」講席,同時係理大工業及系統工程學系講座教授兼副系主任。BBS(銅紫荊星章)係香港特區政府授予嘅公民榮譽,頒授予喺社區同專業領域有傑出貢獻嘅人士。

其學術背景橫跨精密工程、機電一體化(mechatronics)、自動控制與微納製造。三十幾年嚟,佢嘅團隊為國家多個重大航天任務研製核心精密儀器:嫦娥三號、四號嘅相機指向系統;嫦娥五號、六號嘅表土採樣封裝系統;天問一號火星任務嘅落火狀態監視相機。每一件儀器都必須通過「空間資格驗證」——即係喺真空、極端温差、強輻射條件底下證明設備可靠運作,而且冇辦法喺軌道上維修。

憑住嫦娥五號月球採樣任務嘅貢獻,容啟亮榮獲國家工業和信息化部等五部委聯合頒授嘅「優秀個人獎」^※(2023年),確立咗佢喺國家探月工程體系當中嘅權威地位。其講席冠名人「鍾士元爵士」正係理工學院 1972 年首屆校董會主席,呢條由工業教育到國家航天嘅歷史連線,係理大最具象徵意義嘅傳承之一。

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# 吳波係邊個?月面製圖點樣支撐採樣同探測?

吳波教授(Prof. Wu Bo)係 RCDSE 副主任,持有「鍾惠貞空間科學講座教授^※」講席,所屬學系係土地測量及地理資訊學系(LSGI),亦係該系研究副系主任。「Fiona Cheung(鍾惠貞)」講席由香港商界人士鍾惠貞女士(MH)捐資設立,佢表示「對理大科學家參與多項國家航天任務感到驕傲」。

吳波喺 2006 年喺武漢大學攞到攝影測量與遙感博士學位,之後喺美國俄亥俄州立大學從事 NASA 資助嘅月球與火星探測項目博士後研究,2009 年加入理大。佢嘅核心專長係行星 3D 地形測繪與地貌分析——通俗噉講,即係用遙感影像同攝影測量法為月球、火星精確繪製三維地形圖,以支撐着陸點嘅選擇。

吳波團隊為嫦娥三號、四號、五號提供着陸區地形測繪與選址分析^※,以及為天問一號火星任務成功識別安全而且具科學價值嘅着陸點。憑住對天問一號嘅貢獻,佢亦榮獲國家五部委聯合頒授嘅「優秀個人獎」^※。截至目前,佢已經喺國際期刊發表逾140篇同行評審論文,獲得嚟自香港研究資助局同國家自然科學基金會合計逾2000萬港元嘅研究資助。

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# 嫦娥五號月壤點樣落地校園?樣本點樣保存?

2024年7月3日,理大宣佈成功獲取嫦娥五號月壤樣本;吳波親赴北京國家天文台,將樣本攜帶返港。

兩份樣品總計442.6毫克^※,構成如下:

樣本現存於 RCDSE 校園「太空資源實驗室(Space Resources Laboratory)」內專屬建造嘅月壤儲存與分析系統。該系統以99.999%高純氮氣保護,隔絕空氣同水分污染;同時配置九台先進儀器,支援12種不同原位分析方法,喺唔取出樣本、唔破壞保存環境嘅條件底下完成由形貌到化學成分嘅多維分析。呢個系統令理大具備處理月球、火星以至小行星樣本嘅長期科研能力。

容啟亮喺獲取樣本後表示:「我哋設計咗嫦娥五號嘅表面採樣裝置,將有史以嚟最年輕嘅月壤樣本帶返地球,而家呢批月壤就保存喺理大校園——對團隊別具意義。」(約譯自中文引述,來源:科學網/中新社報道^※)

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# 「喺月壤中揾水」:理大團隊研究乜嘢、點解重要?

RCDSE 嘅月壤深度分析研究計劃以「喺月壤中揾水(Finding Water in Lunar Soil)」做核心命題,具體聚焦喺熔結碎屑(agglutinate)嘅微觀結構分析。

「熔結碎屑」係月壤裏面一類特殊顆粒——由微隕石撞擊喺月面產生極高温度,將礦物碎片同玻璃質熔融結合而成。佢哋係月面「空間風化」過程嘅產物,亦係研究太陽風同月面相互作用嘅關鍵物質。研究團隊主要探討:

• 熔結碎屑嘅微觀形貌(micromorphology)係點樣嘅?
• 碎屑內部含有幾多水分(water content),化學狀態係點?
• 呢啲水嚟自邊度——係太陽風注入(solar wind implantation),係彗星/隕石撞擊帶嚟,定係月球古老火山活動嘅遺留?

吳波解釋水嘅科學價值:「月球水分可能來自多種來源,包括太陽風注入、彗星或隕石撞擊,以及月球上的火山活動^※。」呢個唔係純粹嘅科學好奇——搞清楚水嘅來源同賦存形式,直接關係到未來嫦娥七號、八號月球科研站建設階段「就地利用月球水資源」嘅工程可行性。

執行呢個計劃嘅研究團隊由容啟亮同吳波雙領銜,核心成員仲包括王星博士(土地測量及地理資訊學系博士後研究員)同謝爾蓋·克拉西尼科夫博士(Dr Sergey Krasilnikov)(同系研究助理教授)。

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# RCDSE 嘅三大實驗室平台分別做啲乜?

RCDSE 目前營運三個專屬研究平台^※,分工互補:

三個平台共同覆蓋由「軌道遙感選址→在軌儀器研發→樣本回地分析」嘅完整研究鏈條。太空資源實驗室亦被定位為面向未來嘅「樣本銀行」——當嫦娥六號月背樣本(約2千克)同未來火星樣本陸續返回,該平台可直接承接新一輪比較研究。

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# 理大嘅月壤研究鏈條點樣由「造工具」延伸到「做科學」?

過去三十年,理大同國家航天工程嘅關係主要係「設備貢獻者」——由相機指向系統到表土採樣封裝系統,都係以精密工程為國家探測器研製關鍵載荷。2024年月壤入藏標誌住一個重要轉折:理大唔再只係「上游設備方」,而係作為「科學分析機構」直接進入月球科學研究嘅核心場域。

呢個轉折有清晰嘅物質證據:理大獲取嘅 442.6 毫克月壤當中,400 毫克表面鏟取樣品正係由理大自己設計製造嘅表土採樣封裝系統採集嘅——呢批月壤可以話由採集端到分析端都打有理大嘅印記。容啟亮將此稱為「別具意義」,呢個唔單止係情感表達,亦係對機構角色轉變嘅確認。

喺學術產出層面,RCDSE 喺 2024年^※ 發表基於嫦娥五號月壤樣本同遙感影像研製「PolyU-1 月壤模擬體(lunar regolith simulant)」嘅研究成果(刊載於《International Journal of Mining Science and Technology》,第34卷),為國際月面工程實驗同就地資源利用(ISRU)技術開發提供標準參照物,係理大將樣本研究轉化為可重複利用科研工具嘅第一批成果之一。

同時,RCDSE 喺吳波團隊參與下已經就嫦娥四號月背樣本嘅玻璃球粒(glass globules)研究發表於《Science Bulletin》,以及嫦娥四號着陸點碳質球粒隕石物質研究發表於《Nature Astronomy》(2021年)——喺月壤樣本研究國際學術界建立咗持續嘅發言權。

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# RCDSE 面向嫦娥八號同月球科研站有啲咩佈局?

2024年10月,吳波出任由香港科技大學牽頭、多所香港院校同上海航天技術研究院聯合組建嘅InnoHK 月面機械人研究中心副主任,該中心將為嫦娥八號任務研發月面多功能操作機械人及移動充電樁^※。嫦娥八號預計 2028 年前後發射,係國際月球科研站(ILRS)建設嘅前期技術驗證任務。

RCDSE 官網亦明確將月面資源利用列為長期戰略目標:「研究將為解決能源短缺(開採月球氦-3)、緩解氣候變化以及發現新礦物與材料提供重要途徑。」氦-3 係核聚變嘅理想燃料,月球極區亦可能藴藏大量水冰——呢個令 RCDSE 嘅基礎科學研究同更長遠嘅能源戰略之間形成天然嘅敍事聯繫。

容啟亮曾經向媒體表示,團隊「期待在未來數年內繼續為國家作出貢獻」,並將 2030 年前載人登月同火星樣本返回列為下一個重要節點。理大以測繪(吳波)同精密工程(容啟亮)雙核領域佈局,喺行星遙感選址、儀器研製、樣本分析三個層次上都已經形成可持續嘅科研能力。

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