表土採樣封裝系統 深度檔案：嫦娥五號與六號

香港理工大學(The Hong Kong Polytechnic University, PolyU)綜合信息數據庫 · 04 科研模塊 一台耐得住 200°C 高温、又要在無人操控下「自己看着取樣」的機械——這就是理大研發的表土採樣封裝系統。本檔案聚焦理大研發的「表土採樣封裝系統(Surface Sampling and Packing System)」——它在 2020 年嫦娥五號首次月球採樣返回、2024 年嫦娥六號人類首次月背採樣中執行月面取樣與封裝任務。這是理大航天科研「招牌中的招牌」之一。 航天科研總覽與火星相機見 aerospace-and-space.md；全景時間線見 aerospace-program-overview.md；本篇專注採樣封裝系統本身。資料以理大新聞稿、理大刊物、相關學系頁與權威媒體為主，數字均註明來源。

---

# 一、概況速覽

---

# 二、系統做什麼：在月面自動取樣與封裝

「表土採樣封裝系統」要在月球表面自動完成一系列高難度動作——這一切都在地月遙遠距離、無法實時人工操控的條件下進行。據理大新聞稿（嫦娥五號）^※，系統包含：

• 兩個採樣器：可耐受約 200°C 高温，分別用於採集鬆散態與黏結態的月壤（月球晝夜温差極大，月壤形態各異）；
• 兩台耐熱近場相機：在取樣過程中提供視覺導引（在月面實時「看」着取樣）；
• 封裝密封系統：把採集到的樣本密封進容器，確保返回地球途中樣本不受污染、不泄漏。

採樣過程須同時闖過三重關卡：環境上，月面無大氣、晝夜温差極端，採樣器須耐受高温，又要應對月壤鬆散與黏結兩種形態；時序上，地月通信有延遲，系統必須自主完成「取樣—成像—封裝」全流程，不能靠地面實時遙控；結果上，樣本必須密封進容器，確保返回途中不受污染、不泄漏——任何一關失手，整個採樣返回任務就可能功虧一簣。

據理大新聞稿，嫦娥五號版本的系統具體構成包括：採樣器 A、採樣器 B（兩支，分別約 35 釐米與 30 釐米長）、近攝相機兩台（耐熱至 130°C）、密封封裝系統（重 1.5 公斤）、樣品容器（360 克），整個系統部件數逾 400 個，須應對月面高達約 110°C 的高温，目標採樣量最多約 2 公斤（以機械方式採集）。材料上採用鈦合金、鋁合金、不鏽鋼——這些都是在極端温差下仍能保持尺寸穩定、不易疲勞斷裂的航天級材料。

來源強度：採樣器規格、近攝相機耐熱參數、封裝系統重量、部件數與材料均見理大嫦娥五號新聞稿。

來源強度：系統組成（雙採樣器、耐 200°C、近場相機、封裝密封）見理大嫦娥五號新聞稿。

---

# 三、技術脈絡：從相機指向系統到採樣封裝系統

表土採樣封裝系統不是容啓亮團隊第一件上天的儀器。據理大 Milestones 報道^※，團隊早在嫦娥三號（2013 年）便與中國空間技術研究院(CAST)聯合研製「相機指向系統(Camera Pointing System, CPS)」——一套重約 2.8 公斤、可在 −173°C 至 127°C 極端温差下運作的「可轉動的眼睛」，安裝在着陸器頂部，負責拍攝全景影像與建立三維地形模型；其後 CPS 又隨嫦娥四號（2018 年 12 月 8 日發射）登陸月背，協助人類首次月背軟着陸。這段脈絡的完整技術細節見 aerospace-and-space.md 第二節。

這兩代相機指向系統積累的經驗——耐極端温差的機械設計、月面自主作業、與 CAST 的聯合研製模式——直接延伸進了 2011 年啓動研製的表土採樣封裝系統。換言之，採樣封裝系統並非從零起步的孤立項目，而是容啓亮團隊自 2013 年起在月球任務中持續驗證的精密工程能力的又一次迭代，只是這一次任務從「拍攝與建模」升級為「觸碰月壤並帶回地球」——難度與責任都高出一個量級，因為樣本一旦污染或泄漏便不可逆轉。

來源強度:CPS 重量、温差範圍、嫦娥三號(2013)/嫦娥四號(2018.12.8)時間線、CAST 聯合研製，均見理大 Milestones 報道；詳細技術參數與日內瓦發明展金獎見 aerospace-and-space.md。

---

# 四、嫦娥五號(2020)：首次月球採樣返回

# 4.1 任務經過

據理大新聞稿^※與相關學系頁：

• 嫦娥五號探測器於 2020 年 11 月 24 日發射；
• 2020 年 12 月 1 日軟着陸月球后，理大研發的系統自動完成月面取樣與封裝;
• 這是中國首次月球採樣返回任務，理大系統是其中執行月面取樣的關鍵設備。

從 2011 年受命研製到 2020 年任務成功，理大團隊為這套系統投入了約 9 年時間——這一時間跨度，反映的正是航天工程「十年磨一劍」的常態：每一個零件、每一道工序都須經過反覆的地面模擬測試與空間資格驗證，才能獲准裝上真正飛往月球的探測器。這也是嫦娥五號任務成功後，理大新聞稿特別強調「自 2011 年起受命研製，歷時約 9 年」這一時間線的原因——它標誌着一次長期投入的兑現，而非臨場發揮。

據香港媒體報道^※，容啓亮領導約 20 多名香港科研人員參與這套系統的設計、製造與測試，整套裝置由逾 400 件工件組合而成——這意味着團隊規模並不龐大，卻要承擔一項「不容返工」的國家級任務：裝置一旦隨探測器發射升空，任何設計缺陷都無法在月面維修或更換，唯有靠地面階段的反覆驗證把風險壓到最低。

# 4.2 團隊與命名講席

系統由容啓亮教授(Professor Yung Kai-leung)領銜。其頭銜「鍾士元爵士精密工程教授(Sir Sze-yuen Chung Professor in Precision Engineering)」本身就串起理大歷史——鍾士元爵士正是 1972 年理工學院首任校董會主席（見 00 概覽 · 治理），以其命名的講席教授如今領銜國家航天工程，可謂理大「應用工程」血脈的當代延續。

來源強度：發射(2020.11.24)、着陸採樣(2020.12.1)、容啓亮領銜與講席命名，均見理大新聞稿。

---

# 五、嫦娥六號(2024)：人類首次月背採樣

# 5.1 歷史性的「月之暗面」採樣

據理大新聞稿（嫦娥六號）^※:

• 理大團隊通過研發製造「表土採樣封裝系統」，協助國家完成世界首次月球背面採樣;
• 任務着陸器採集了月揹物質共 1,935.3 克——包括用鏟(scoop)採集的表層土壤與岩石，以及用鑽(drill)採集的次表層樣本；
• 月球背面長期背對地球、通信需中繼衞星，採樣難度高於正面；嫦娥六號是人類首次從月背取回樣本。

據中國國家航天局公告^※，嫦娥六號着陸器與上升器組合體於2024 年 6 月 2 日在月球背面南極-艾特肯盆地(South Pole-Aitken Basin)、阿波羅撞擊坑(Apollo Crater)邊緣預選區域軟着陸。南極-艾特肯盆地是目前已知月球上最大、最深、最古老的撞擊盆地——其地質構成與演化歷史，對理解月球乃至地球早期演化都具有獨特科學價值，這也是國家將首次月背採樣任務選址於此的關鍵原因。據新華社權威快報^※，最終確認採回的月背樣品總量為 1,935.3 克，創下多項人類月背採樣紀錄。

月球背面比正面更難採樣，核心原因有二：月背長期背對地球，無法直接與地面通信，必須依靠鵲橋中繼衞星轉發信號，增加了任務複雜度與風險；月背地質與正面不同（正面多為月海玄武岩、背面月殼更厚且撞擊盆地更古老），採樣面臨更多未知。理大系統在嫦娥六號任務中執行的正是表層採樣與封裝這一環節，與鑽具負責的次表層鑽取互為補充，共同完成了這份「世界首份月背快遞」。

# 5.2 理大獲取樣本開展研究

據Pulse@PolyU 報道^※與香港媒體報道^※，理大不僅研發採樣設備，還兩度獲配嫦娥五號月壤樣本：一份為表層樣本 400 毫克（正是由理大自研的表土採樣封裝系統採集所得）、另一份為深層鑽取樣本 42.6 毫克，合共約 442.6 毫克，存放於理大的月壤儲存及分析系統內，開展熔結碎屑微結構、含水量與來源等研究，服務於月球水分(water presence on the Moon)等課題——從「造工具」延伸到「做科學」，完成了從工程貢獻到科學產出的閉環。報道並指理大計劃申請研究嫦娥六號帶回的月背樣本，若成事將使理大成為香港少數同時持有月球正面與背面樣本的研究機構。理大既是國家工程的設備供應方，也是月球科學研究的參與者——這一「工程 + 科學」的雙重角色，在香港高校中獨此一家。這一系統性的科研佈局由 深空探測研究中心(RCDSE) 承載，容啓亮任主任、測繪學者吳波任副主任，二人分工分別對應「採樣工程」與「選址測繪」兩條線。

來源強度：月背採樣、着陸於南極-艾特肯盆地阿波羅撞擊坑、1,935.3 克總量、鏟/鑽採樣方式見中國國家航天局公告與新華社快報，以及理大嫦娥六號新聞稿；理大獲取月壤樣本（400 毫克 + 42.6 毫克）研究月球水分見 Pulse@PolyU 與香港媒體報道。

---

# 六、嫦娥五號與嫦娥六號採樣任務對比

兩次任務雖由同一套技術脈絡支撐，但着陸地點、採樣條件與樣本處理方式均有明顯差異，對照如下：

來源強度：嫦娥五號採樣總量 1,731 克見中國政府網（國家航天局交接儀式報道）；理大官方新聞稿未逐一列出該數字，特此標註出處以作區分；其餘數字見上文各節標註來源。

---

# 七、技術意義與影響

# 7.1 香港唯一深度參與者

據理大資料，理大是香港唯一具備國際航天資格經驗、並深度參與國家月球採樣工程的高校。在嫦娥五號、六號這類「國家級、不容失敗」的工程中承擔關鍵設備研發，體現了理大精密工程能力獲得國家級信任。這一角色的制度化載體是 2021 年 5 月成立的 深空探測研究中心(RCDSE)，它把採樣封裝系統、相機指向系統與吳波團隊的着陸區測繪整合進同一研究架構。

# 7.2 與火星相機、太空科研的協同

採樣封裝系統並非孤立成果。理大同一脈絡的航天貢獻還包括：

• 火星相機(Mars Camera)：用於天問一號火星任務（見 aerospace-and-space.md）；
• 相機指向系統(Camera Pointing System)：用於嫦娥三號、四號；
• 以及深空探測相關的多學科研究（見 deep-space-exploration-research-centre.md）。

這些共同構成理大「國家航天工程的香港夥伴」角色。

# 7.3 面向嫦娥七號、八號與國際月球科研站的展望

國家探月工程尚未止步於嫦娥六號。據國家航天局公開信息^※，後續嫦娥七號（計劃 2026 年前後發射，聚焦月球南極水冰與揮發物探測）與嫦娥八號將進一步為國際月球科研站(ILRS)打基礎，且已面向國際徵集合作載荷——公開報道提到香港科技大學與理大團隊研發的「多功能月面作業機器人及移動充電站」項目入選嫦娥八號任務合作名單。不過截至本文更新時，理大官方尚未就表土採樣封裝系統團隊在嫦娥七號、八號中的具體角色發佈正式新聞稿，此處僅作方向性提示，具體分工與設備清單請以理大及國家航天局後續公告為準，勿據此展開推斷。理大航天科研的更完整版圖見 aerospace-program-overview.md。

來源強度：嫦娥七號發射窗口、國際合作載荷徵集見國家航天局公開信息；理大/科大機器人項目入選嫦娥八號一節為公開報道提及，未見理大就採樣系統團隊角色的官方確認，故本節措辭刻意留有餘地。

---