理大的招牌科研:為國家航天任務研製太空儀器(嫦娥·天問)

# 來源

• 〈PolyU-developed space instruments complete lunar sampling for Chang'e 5〉,香港理工大學新聞稿:https://www.polyu.edu.hk/media/media-releases/2020/1208_polyu_space_instruments_complete_lunar_sampling_for_chang_e-5/ (表土採樣及封裝系統規格、自 2011 起研製約 9 年、嫦娥五號 2020.12.1 軟着陸、採樣器/近攝相機/封裝系統數據;官方一手,高可信)
• 〈PolyU develops and manufactures space instruments for the Nation's Chang'e-6 mission...〉,香港理工大學新聞稿:https://www.polyu.edu.hk/en/media/media-releases/2024/0607_polyu-develops-and-manufactures-space-instruments-for-the-nations-change-6-mission/ (嫦娥六號升級版採樣系統、2024.6.3 月背軟着陸、容啓亮全銜、香港唯一參與國家太空項目;官方一手,高可信)
• 〈Chang'e-6 team wins IAF World Space Award with PolyU-developed space payloads...〉,香港理工大學新聞稿:https://www.polyu.edu.hk/en/media/media-releases/2025/1003_change6-team-wins-iaf-world-space-award-with-polyu-developed-space-payloads/ (嫦娥六號團隊獲 2025 IAF 世界航天獎、2025.10.3 悉尼頒出、理大為唯一有自研載荷的港校、3G+ 多元卓越獎;官方一手,高可信)
• 〈PolyU contributes to the Nation's first Mars mission with multidisciplinary research〉,香港理工大學新聞稿:https://www.polyu.edu.hk/media/media-releases/2021/0521_polyu-contributes-to-the-nations-first-mars-mission-with-multidisciplinary-research/ (火星相機 390 克/視場角/150℃/6200G/自 2017 不足三年、吳波選址 67 萬撞擊坑/85% 正確率/烏托邦平原、天問一號 2020.7.23 發射 2021.5.15 着陸;官方一手,高可信)
• 〈A new chapter in lunar exploration〉,香港理工大學 Milestones(CPA):https://www.polyu.edu.hk/cpa/milestones/en/201903/cover_story/a_new_chapter_in_lunar_exploration/index.html (相機指向系統 2.8 公斤、−173℃~127℃、嫦娥三號 2013/嫦娥四號 2018.12.8 發射、CAST 聯合研製;官方,高可信)
• 〈Award-winning Project by RCDSE: Camera Pointing System for China's Lunar Exploration Missions (Chang'e 3 and 4)〉,理大深空探測研究中心(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 日內瓦發明展評審團嘉許金獎、容啓亮;官方,高可信)
• 〈Ir Professor YUNG Kai-leung, BBS〉,香港理工大學學者頁:https://www.polyu.edu.hk/academicians/our-academicians/yung-kai-leung/ (容啓亮太空儀器譜系:太空持鉗器 1994/火星巖芯取樣器 2003/土壤製備系統 2011/CPS/SSPS/火星相機、香港工程科學院院士、專家組成員;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 (吳波團隊嫦娥四號馮·卡門撞擊坑 30 米分辨率數字地形模型、整合嫦娥二號與 LRO/LOLA;學術,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 (理大首個在軌材料實驗平台、低地軌道催化材料實驗;新聞轉發理大稿,中可信)
• 〈Hong Kong researchers contribute to Tianwen-1 Mars probe〉,新華社 Xinhua:http://www.xinhuanet.com/english/2021-05/21/c_139961222.htm (天問一號着陸、香港研究者貢獻的獨立印證;新聞,中可信)

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# 七、航空及航天工程學系:從學科到任務的產學鏈

理大工程學院的航空及航天工程學系(Department of Aeronautical and Aviation Engineering, AAE)是理大航天科研的學科基礎——是直接把課程與航天任務連接的學系。

# 學科定位

AAE 開辦:

• 航空工程學(榮譽)工學士(BEng):涵蓋飛行力學、結構、推進、控制、航空器設計;
• 碩士課程:航空工程學、航空安全管理等 MSc 課程;
• MPhil/PhD 研究生:承接精密儀器、無人機、飛行器結構等研究課題。

AAE 的研究方向涵蓋飛行器結構完整性、無人機系統(UAS)、複合材料結構、航空維修工程(AME)等,與香港國際機場(HKIA)的航空維修生態緊密連接。

# 與航天儀器團隊的學系淵源

容啓亮教授所在的工業及系統工程學系(ISE)是儀器研製的依託學系,而非 AAE——精密工程(Precision Engineering)是 ISE 的核心研究方向之一。吳波教授所在的土地測量及地理資訊學系則依託的是建設及環境學院。

理大航天科研的特色正是跨學系/跨學院:精密工程(ISE) + 地形測繪(LSGI) + 材料科學(AP/EEE) + AI 影像(Computing/DSAN)——這種協作模式是理大能持續輸出可上天儀器的組織邏輯。

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# 八、未來航天任務:嫦娥七號、八號與天問二號

據理大新聞稿與媒體報道,理大的航天參與預期將延續:

• 嫦娥七號(計劃 2026 年前後):目標月球南極區域,將攜帶多種科學儀器;據媒體報道,理大團隊(含容啓亮領銜的儀器研製方向)已被納入技術支持候選範圍(以理大公開確認的信息為準,具體儀器合同以官方公告為準);
• 嫦娥八號(計劃 2028 年前後):月球科研站先期建設任務;
• 天問二號(計劃 2025–2026 年發射):目標小行星「近地小行星 2016 HO3」及彗星「311P/PANSTARRS」的採樣返回;吳波團隊的目標天體地形分析能力已延伸至小行星地形建模。

口徑説明:上述任務規劃以公開媒體報道為參考,具體儀器合同分配須以各國家航天局正式公告為準;本站不超前確認未公開細節。

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# 九、航天科研的教育傳導——本科生科研參與

理大「本科生研究及創新計劃(URIS, Undergraduate Research and Innovation Scheme)」開放給有意願的本科生參與導師的正式科研項目。AAE 與 ISE 學系的航天相關研究課題——無人機、複合材料、精密製造、空間傳感——是 URIS 熱門方向之一。部分 URIS 航天課題的優秀學生畢業後直接進入研究生課程,延續儀器研製方向。

理大的航天儀器研製團隊保持「人才自我更新」：在校期間參與儀器測試、裝配與質量驗證的研究生,構成下一代航天工程師的輸送池。

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# 十、香港「在地航天生態」的理大節點

理大航天科研的更廣背景是香港作為國家航天任務參與者的定位演變:

• 2017 年前:香港學者參與國家航天任務以學術研究為主(地形分析、軌道計算等軟性貢獻);
• 2013 年起:理大率先把「製造後上天」的硬件帶入香港高校;
• 2020–2024 年:嫦娥五號/六號、天問一號連續成功,理大的儀器經歷在軌實戰檢驗;
• 展望:內地航天與香港高校的合作框架(「十四五」科技協作機制、「創新科技和工業局」支持的空間科技項目)正式化程度提升,理大的角色預期進一步擴大。

國際上,理大已在太空探測精密儀器這一利基賽道建立起「太空工程可信賴合作伙伴」的品牌——能通過太空合格實驗(space qualification)的香港大學研究團隊至今僅有理大一個(據理大自述,見上文)。

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# 互見

• 理大重點實驗室、研究院與國家級平台
• 理大標誌性科研突破
• 科研產出、知識轉移與創業
• 學系清單:航空及航天工程學系、工業及系統工程學系
• 知名教授與學術領袖:容啓亮

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# 十一、國際獎項與航天成就的全面梳理

# 11.1 IAF 獎項的歷史意義

據理大新聞稿,國際宇航聯合會(IAF)「世界航天獎(World Space Award)」是全球航天領域最高榮譽之一,自 1967 年設立以來,歷屆得主包括尤里·加加林、阿姆斯特朗等航天英雄。嫦娥六號團隊於 2025 年 10 月 3 日在悉尼第 76 屆國際宇航大會獲頒該獎^※,理大的表土採樣及封裝系統作為香港貢獻載荷,使理大成為該獎歷史上極少數以高等院校身份參與得獎團隊的機構。

同次,理大成為首間獲 IAF「3G+ 多元卓越獎(Excellence in 3G+ Diversity Award)」的中國及東亞高等院校^※——該獎表彰在 Generations、Geography、Gender 三維度「多元卓越」的航天機構。

# 11.2 日內瓦國際發明展系列獎項

容啓亮團隊的航天儀器研究在日內瓦國際發明展長期有斬獲:

完整屆次與獲獎細節以日內瓦國際發明展官方公告及理大 RCDSE 官網為準。

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# 十二、學生衞星計劃與航天教育

# 12.1 理大學生衞星項目

據理大相關報道,理大支持學生參與立方體衞星(CubeSat)研製項目,作為「從課堂走向外太空」的教學手段:

• 理大工程學系的學生團隊參與香港大學生衞星聯盟項目,探索納衞星結構、姿態控制、通信系統設計;
• 航空及航天工程學系(AAE)將 CubeSat 技術納入研究生課程,鼓勵學生提出科學載荷概念;
• 部分研究生在 RCDSE 的支持下開展與衞星地面站接收技術相關的論文研究。

# 12.2 航天工程教育鏈條

理大的航天教育形成從本科到博士、從課程到科研的完整鏈條:

據理大 AAE 官網,該系與多家香港及內地航空業界單位有合作實習協議,包括國泰航空(Cathay Pacific)工程部、香港機場管理局及內地航空製造商等。

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# 十三、天問二號與小行星探測的延伸

# 13.1 吳波團隊的小行星地形研究

據公開報道,吳波團隊的目標天體地形分析能力已不止於月球和火星,其技術延伸至小行星地形建模:

• 團隊以深度學習與點雲數據處理技術,針對近地小行星建立高精度表面地形模型;
• 這項能力有望應用於天問二號的小行星採樣任務中的着陸區選址(任務目標小行星「2016 HO3」);
• 團隊在國際行星地形測繪期刊發表多篇相關方法論論文,推動行星遙感領域算法標準化。

# 13.2 火星採樣返回與未來任務的備戰

理大容啓亮團隊為未來任務提前開展技術儲備:

• 針對月球南極區域(嫦娥七號/八號目標區)的温度極端性與水冰探測需求,團隊正研發可在-200℃以下穩定工作的精密機構;
• 為配合國家火星採樣返回任務(預計 2030 年代),團隊在採樣密封性能(防止地球微生物污染樣品)方面的研究已有概念論證產出。

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# 十四、從精密工程看理大的獨特競爭優勢

理大在國家航天任務中的可持續參與,有其獨特的競爭優勢:

1. 精密工程深積累

超精密加工技術國家重點實驗室(SKL-UPMT)與工業及系統工程學系(ISE)過去數十年在微米/納米級精密製造領域的積累,是理大能持續為太空儀器提供「可上天」零件的基礎。一般大學的研究原型往往止步於實驗室,而理大團隊能通過「太空合格實驗(Space Qualification Testing)」,意味着其製造與質控能力已達商業/軍用級別。

2. 香港的政治與地理優勢

香港在「一國兩制」框架下:

• 理大團隊與內地航天機構(CAST、CASC)的合作受香港國家安全法律框架保障;
• 香港的國際化環境使理大團隊能廣泛接觸歐美最新航天工程文獻與標準,同時參與國家任務;
• 香港沒有內地的出口管制限制,部分材料與儀器設備的進口流程更靈活。

3. 跨學系協同

嫦娥/天問系列儀器的研製不是單打獨鬥:

• 精密零件(ISE/SKL-UPMT) + 地形測繪(LSGI) + AI 影像分析(Computing) + 材料測試(AP) + 可靠性工程(ISE)形成協同;
• 這種「小而精、跨學科」的模式使理大能在有限資源下輸出高質量的「關鍵載荷」,而無需建立大型獨立航天研究機構。

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# 十五、常見問答(Q&A)

Q1:理大是否有計劃自行研製和發射衞星?

據現有公開資料,理大尚無獨立研製並主導發射軌道衞星的公開計劃。理大的航天參與模式是「為國家/國際航天任務研製關鍵載荷」,而非整星研製。學生 CubeSat 項目屬教育性質,以參與聯合項目為主。具體計劃以理大正式公告為準。

Q2:嫦娥六號的表土採樣及封裝系統與嫦娥五號版本有什麼升級?

據理大新聞稿,嫦娥六號版本的 SSPS 在以下方面作了升級:針對月球背面更受限的通信時間窗(需經中繼衞星「鵲橋二號」)優化了採樣程序的時序控制;並進一步提升密封可靠性以確保月背複雜地形下樣品不受污染。具體工程細節屬專利保護範圍,理大新聞稿只公佈了任務結果,未詳述硬件差異。

Q3:天問一號火星相機的「6200G 衝擊力」是什麼概念?

1G 等於地球表面重力加速度(約 9.8 m/s²)。着陸時約 6,200G 的衝擊力^※意味着儀器須在瞬間承受約 60,760 m/s² 的加速度——相當於其自重約 6,200 倍的力道。這是為何太空儀器須經嚴格「空間合格實驗」(包括振動測試、熱真空測試)才能上天的原因。理大團隊為火星相機特別設計了抗衝擊結構,使其在着陸衝擊後仍能正常成像。

Q4:容啓亮教授的「太空持鉗器」(1994)是什麼?

據理大學者頁,容啓亮團隊 1994 年為俄羅斯和平號空間站(MIR)研製了「太空持鉗器(Space Holinser Forceps)」——一種供航天員在艙內使用的精密持握工具。這是理大最早參與太空儀器研製的記錄,距今逾 30 年。這一早期工作奠定了容啓亮團隊在精密太空機構領域的技術積累,為此後嫦娥/天問系列的參與打下基礎。

Q5:理大在未來國際月球科研站(ILRS)中有什麼角色?

國際月球科研站(ILRS)是中俄主導的月球科研基地建設計劃,目標在月球南極建立長期駐人基地,首階段預計 2030 年代啓動。據公開報道,理大團隊的儀器研製能力已被列入可參與 ILRS 支持技術的候選名單。但具體任務指派須以國家航天局正式合同為準,本站不超前確認。

Q6:香港其他大學有沒有參與國家航天任務?

據理大自述,理大是香港唯一參與多項國家太空任務並有自研關鍵載荷登上航天器的大學^※。香港大學、科大、中大等其他院校有參與國家航天的科學研究(如數據分析、軌道計算),但自研「上天」的硬件載荷方面,理大是香港院校中唯一有此紀錄者(據理大官方新聞稿)。

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# 十五·補、技術解讀:為什麼「採樣封裝」是航天工程的高難動作

在理大諸多航天貢獻中,表土採樣封裝系統的技術難度尤為突出。本節就「難在哪」作一中性的工程解讀,幫助讀者理解理大成果的分量。

# 採樣的三重約束

1. 環境約束:月面無大氣、晝夜温差極端,採樣器須耐受約 200°C 高温(據理大新聞稿);月壤又有鬆散與黏結兩種形態,需不同採樣器分別應對。
2. 自主約束:地月通信有延遲,無法像操控近地機械臂那樣實時遙控;系統必須自主完成「取樣—成像—封裝」全流程。理大為此配備兩台耐熱近場相機作視覺導引,讓系統在月面「自己看着取樣」。
3. 密封約束:樣本必須密封進容器,確保返回途中不受污染、不泄漏——否則採回的樣本科學價值受損。

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# 十五·補二、月背採樣的特殊難度

嫦娥六號實現的是人類首次月球背面採樣——這比月球正面採樣更難,核心原因有二:

1. 通信中繼:月球背面長期背對地球,無法直接與地面通信,必須依靠中繼衞星轉發信號。這增加了任務的複雜度與風險。
2. 環境未知:月背地質與正面不同,採樣面臨更多未知。據理大新聞稿,嫦娥六號採集月揹物質共 1,935.3 克(鏟取表層 + 鑽取深層),理大系統在其中執行表層採樣與封裝。

理大獲取的嫦娥五號月壤樣本(用於月球水分研究),則使其從「造工具」延伸到「做科學」——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。

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# 十六、數據説明

本檔案為 AI 輔助編纂的綜合信息文件。所有儀器規格(質量、温度、衝擊力等)均以理大官方新聞稿為準。任務日期以理大新聞稿與國家航天局公告為準。未來任務的參與情況屬推測性口徑,以官方正式公告為最終依據。嫦娥六號 2024 年 6 月軟着陸月背的日期在不同新聞稿中有「6 月 2 日」與「6 月 3 日」兩説,以國家航天局最終確認為準。