理大跨学科专家贡献国家首个火星探测任务

香港理工大学(理大)两支跨学科研究团队为国家近日首个火星探测项目「天问一号」作出贡献。理大的科研人员凭借多年来在航天科研领域所累积的丰富经验，及卓越的研发成果，与中国空间技术研究院合作，在「天问一号」任务中发挥重要作用。当中吴波教授团队研发创新的地形测量及地貌分析方法，协助选取火星着陆点。容启亮教授的团队则研发出精密的太空仪器「落火状态监视相机」（「火星相机」），拍摄火星的周遭环境及火星车的状况。

「天问一号」探测器由环绕器、着陆器和巡视器 (又名「祝融」火星车) 组成，目标是一次过完成「绕、落、巡」(即「环绕」、「着陆」和「巡视」)三大工作，是世界航天史上的首次尝试；这次任务旨在获取有关火星的科学勘探数据。目前，「天问一号」已完成火星轨道环绕及着陆预选着陆区乌托邦平原，「祝融」火星车正侍机展开巡视及勘探工作。

理大校董会主席林大辉博士祝贺「天问一号」成功着陆火星，他表示︰「国家在深空探测的成绩令人振奋，过去在月球探索及采月壤带回地球的任务，均取得圆满成功；今次国家的航天任务更跨越星际，首次探索火星，进一步印证中国的航天实力。理大的科研人员有份参与火星任务，并发挥关键作用，令我们十分鼓舞。理大科学家将继续以非凡的创造力、毅力和创新思维，在不同领域上参与科研，冀为人类的福祉贡献己力。」

香港特别行政区创新及科技局局长薛永恒先生表示: 「我衷心恭贺国家首次火星探测任务成功着陆。基础研究是本地大学的强项，今次理大以其科创实力，再次获邀参与国家重要航天任务，充分显示香港科研实力雄厚，卧虎藏龙，是国家科技建设的一支重要力量，可为国家级的『大科学』项目作出贡献。我深信本地大学亦可借着与内地机构的科研协作，发挥协同效应，优势互补。」

理大校长滕锦光教授说︰「我们衷心感谢国家对理大的信任，邀请两位教授参与国家的火星探测任务。理大有机会再次为国家的重大航天科技项目做贡献，我们深感自豪。基于理大在航天科技领域已经取得的成绩，我们决定加大对该领域的支持力度。最近，理大已成立由容启亮教授领导的『深空探测研究中心』，聚集地质学、土木工程、机械过程、物理学等不同领域的专家，在航天科技的不同方向展开深入研究。我们衷心祝愿『天问一号』任务取得圆满成功，让世界对这个『红色星球』有更加多的了解。」

火星着陆区测量和评估

登陆火星是一项极具挑战性的任务。火星表面的地形复杂，大气层稀薄，而火星表面随时可能出现的沙尘暴，加上火星与地球通讯有约5至20分钟的延迟，凡此种种增加了登陆火星的难度。因此，选择一个安全而具有科学价值的着陆点至关重要。

2017至2020年期间，理大土地测量及地理信息学系吴波教授应中国空间技术研究院的邀请，率领团队进行火星全球的分析和评估，筛选出三个候选着陆区，分别位于亚马孙平原、克里斯平原和乌托邦平原。这些候选着陆区均处于火星纬度5°- 30°N范围，太阳日照充足，有助太阳能电池板供电，温度适中；且位处低海拔，可以延长探测器降落时减速的时间；地形平坦，有利探测器安全着陆。

理大团队进一步对候选着陆区进行了详细的地形及地貌特征分析，包括其海拔、坡度、岩石密度、撞击坑密度，以及该区域的地质历史。综合研究结果，火星北半球最大的撞击盆地乌托邦平原南部区域获选为「天问一号」的目标着陆区。乌托邦平原的某些特征，如其表面上广泛存在的沉积物，显示这个区域地下可能存在水冰，因此其科学意义重大，有助找出火星是否曾有生命的线索，了解火星的演化历史。

「天问一号」自2021年2月10日进入环火轨道后，已收集并传回大量覆盖目标着陆区的亚米级高解像度图像回地球。是次任务的目标着陆区面积达70公里 x 180公里，即比整个香港的面积大11倍。吴波教授及其团队利用自行研发的「三维集成测量模型」，将「天问一号」传回的高解像度图像，制成高精确度、高解像度的三维数码地形模型，以详细分析地形特征，识别可能影响着陆安全的大型斜坡。

为了帮助「天问一号」在火星上安全着陆和巡视，吴波教授及其团队亦研发出「基于人工智能的撞击坑、石块提取方法」，在短时间内从高解像度的图像上自动提取撞击坑和石块等地貌特征，以作更精确的分析。吴教授说：「我们利用这项人工智能技术，在一个半月内分析了分布在目标着陆区内的67万个陨石坑、逾200多万块岩石，和数百个火山锥，效率超卓，准确率达到了85%。」团队根据地形和地貌的详细测量结果，成功搜索出数个可能的着陆点，供「天问一号」任务的管理团队作最终抉择。

吴教授十分荣幸能够参与国家的火星探测任务，并贡献力量。他说：「『天问一号』火星探测任务是一个庞大的工程，是成千上万人的努力成果，我们只是当中的一颗『螺丝钉』。过去几个月，我的每一位团队成员为这个项目全力以赴，日以继夜工作，精益求精，没有因为时间紧迫而对准确度和工作中的细节让步，最终我们在限时内完成任务。」

「落火状态监视相机」（「火星相机」）

理大工业及系统工程学系钟士元爵士精密工程教授、精密工程讲座教授及副系主任容启亮教授研发精密太空仪器的经验丰富。容教授自2017年起率领团队，就「火星相机」进行研究、设计及制造。有赖整个团队努力不懈，以及大学的支持，理大团队在不到三年内，成功研制并交付火星相机，并通过多项相关的太空验证。

理大的「火星相机」搭载于着陆器外层平台上，以监视着陆情况、火星的周遭环境，以及降落火星后巡视器「祝融」的操作状态，包括太阳翼的打开及天线的状况。这些信息对掌握巡视器能否在火星表面成功巡视至关重要。

「火星相机」重量轻巧（约390克），然而外壳十分坚固，以抵受穿梭地球与火星超过九个月的旅程期间出现约摄氏150度的极端温差，及后须能在火星表面极低温的环境下运作，并要承受相等于地球地心吸力6,200倍的冲击。此外，「火星相机」须具备广阔测量视野（水平视野范围达到120度，对角线视野范围达到170度），同时显著减低图像变形的程度。

容教授解释︰「为了拍摄超广阔的图像及影片作科学研究之用，火星相机须轻巧并具备广角拍摄及可控的影像变形，同时要在有限的重量内能抵受极大的冲击力。此外，相机须在长时间的太空旅程中克服极端温差、辐射、机械振动等挑战，最后仍保持十分高的稳定性。」

容教授对于理大研发的「火星相机」能在地球前往火星的长途旅程中保持完好，感到如释重负。「得悉天问一号成功着陆火星，我和我的团队非常兴奋。从国家航天局日前公布的图片中，我很高兴看到我们的『火星相机』状态良好。期待理大的火星相机拍摄到火星的壮丽景色以及火星车打开及运行的情况。」

 

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