嫦娥五号搭载理大研制仪器助“挖土” 盘点中国探月“香港力量”
嫦娥五号探测器周二(24日)凌晨发射升空,开启中国首次地外天体采样返回任务。这是中国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一。此行将采集2公斤月球土壤样本,于12月17日左右返回地球。如果任务成功,这也是继60年代美国和70年代前苏联的任务以来,再有月球物质返回地球。
值得一提是,由香港理工大学科研人员研制的“表取采样执行装置”,载于嫦娥五号一同升空,参与这项国家首个月球采样返回任务。
事实上,自“嫦娥一号”起,就有香港科研人员的心血倾注其中。本文将盘点中国探月的“香港力量”。
2007年10月24日,中国首颗绕月探测卫星“嫦娥一号”在西昌成功发射。2009年3月1日,“嫦娥一号”卫星按预定计划受控撞月,完成一期的“绕月探测”任务。
据传媒当时报道,有5名来自香港的科学家,受邀进入“嫦娥一号”绕月探测应用委员会,代表港人参与研究“嫦娥一号”带回的月球数据,分别是时任港大理学院院长郭新教授、中大校长助理徐扬生教授、科大数学系陈炯林教授和理大土地测量与地理信息学系主任陈永奇教授,以及香港工程师学会前会长梁天培教授,惟梁天培于项目启动前不幸辞世,剩下4人参与项目。
报道指,“嫦娥一号”是中央首次公开邀请港人参与航空航天方面重要研究,权威部门当时预计,香港往后将进一步深入参与国家的深空探测。
2010年10月1日,“嫦娥二号”发射成功。香港理工大学工业及系统工程学系教授容启亮在接受传媒访问时表示,理大的团队参与了嫦娥二号的设计,负责采集图像的相机;理大还会负责设计“嫦娥三号”中月球资源的取样与封装技术。
2013年12月2日,“嫦娥三号”探测器发射升空。被誉为“嫦娥之父”的中国绕月探测工程首席科学家欧阳自远表示,港大、中大、科大和理大将分别肩负地质研究、卫星遥感、微波及太空钳研发4大任务,合作推动探月工作。
他表示,科大曾将“嫦娥一号”早前所得的微波探测数据,制成全球首张显示全月球光亮度和温度的图片,日后将继续分析微波数据;中大则以卫星遥感技术,分析图像数据;理大将与内地合作研发登月探测器的“取样太空钳”;港大地球科学系则负责做研究。
2018年发射的“嫦娥四号”背后,也有港人科学家的身影。理大土地测量及地理资讯学系吴波教授,以创新的“月球地形测绘和地貌分析技术”协助“嫦娥四号”选取着陆点。
他领导的团队进行名为“嫦娥四号着陆区——地形及地貌特征分析”的研究,搜集了大量的月球遥感数据,为嫦娥四号的可能着陆区创建一个高精确度及高解像度的地形模型,并详细分析该区域的地理特征。这些分析有助团队就选取着陆点提出可靠而具实证的建议,为这项世界首次在月球背面降落的任务打下稳固基础。
理大的容启亮及其团队开发的“相机指向系统”,于“嫦娥三号”升空时首次采用,及后也应用于2018年发射的“嫦娥四号”。该系统被安装于“嫦娥四号”着陆器的顶端,负责拍摄月球影像,并协助控制中心指挥月球车的活动。其精密设计能承受太空的极大温差,并在月球引力下正常运作,是自国家在2007年开展探月工程以来,首个由香港开发及制造,并获国家采用以参与探月计划的仪器。
在2019年“嫦娥四号”的月背探测任务中,“相机指向系统”在探测器著陆后按计划顺利运作,其各项功能通过严酷的环境考验,圆满完成了探月勘测任务。
“相机指向系统”和“月球地形测绘及地貌分析技术”,成功协助嫦娥四号完成全球首次以降落月球背面为目标的航天任务,并传回世界第一张近距离拍摄的月球背面照片。
▼ 理工大学研制的装置 帮助“嫦娥五号”收集和带回月球样本(按图放大)
容启亮、吴波分别领导的两支团队,在“嫦娥五号”继续贡献心力。其中,容启亮团队研制的“表取采样执行装置”,搭载于“嫦娥五号”的著陆器上,预计会于12月初于月球表面展开采样工作。
“表取采样执行装置”包含两个可抵受摄氏200度的采样器,用于收集松散和黏性两类月球样本;两部高温的近摄相机,可在样本采集过程中发挥监察和指导功能;以及初级封装系统,用以将样本密封并保存于样本容器中。
当在月球表面的采样工作完成之后,机械臂会透过视像引导将理大研制的样本容器提起,并放入上升器内。随后,上升器会离开月球表面进入月球轨道,与轨道器交合对接,并将样本容器转移至返回器,以便将样本运返地球。
容启亮表示,中国的月球采样返回任务在技术上非常复杂,团队亦进行了最少6次装置制造及交付,以通过太空仪器的验证过程;团队同时与中国空间技术研究院专家保持沟通,力求在产品前期研究及系统设计上尽善尽美。理大团队很荣幸能获委任进行这项意义重大和极具挑战的工作。该项技术还将应用于未来的“嫦娥六号”上。
至于吴波团队亦研发创新技术,以进行高精确度和高解像度的三维地形测绘及地貌分析,协助选取嫦娥五号的著陆点。
另据报道,嫦娥五号任务新闻发言人、国家航天局探月与航天工程中心副主任裴照宇表示,获得月球样品之后,中国将向国际社会发布月球样品管理办法。他相信,香港科学家一定能够参与到此次的月球样品的研究中来。