月球背面与面向地球的一面情况迥异,人类正逐步解开个中谜团。最近,中国再一次缔造历史,成为首个从月背采集土壤,并把样品运返地球的国家。这项标志性创举揭示月球背后的秘密,为月球的地质及热能研究提供了宝贵的资讯。尽管存在不明确的因素和风险,嫦娥六号最终亦利用理大研制的 “表取采样执行装置” ,成功完成这项为期两个月的自动化表土采样任务,史无前例。

 

 “表取采样执行装置” 是由理大与中国空间技术研究院携手研制。有别于之前其他国家以钻取及人手挖掘的方式采样,这个突破性系统配备封装装置,以全自动多点方式在月球表面采样。


Sampler A Sampler B
采样器甲 采样器乙
Sampling and Packing System Near-field camera
初级封装系统 近摄相机

理大为嫦娥六号任务而设计的系统

 

这个系统的幕后功臣是理大深空探测研究中心主任容启亮教授。他与研究团队日以继夜,不辞劳苦,最终排除万难,顺利完成了这项艰巨的任务。

 

前所未有的挑战

在月球背面采样有着特殊的挑战。容教授解释说: “月球背面地势崎岖,大面积范围是巨大的陨石坑,几乎没有平地,使采样工作格外困难。此外,由于无法直接与地球通讯,探测器必须依靠中继卫星『鹊桥二号』来进行通讯。” 

 

容教授续称: “我们团队在过往航天项目累积的经验之上,把装置作出多项改进,令采样任务在限时内快速完成。” 

 

这并非理大首次在探月任务中担当重任。2020 年,大学也曾以早期版本的系统,协助嫦娥五号探月任务成功从月球正面采样,并协助把国家首批月壤样品带回地球。为了应对 2024 年的嫦娥六号任务,系统作了多项改进,以提升性能,使样本采集更加高效和可靠。

 

创新工程

理大设计的整套装置包含两个采样器,分别用于收集松散和黏性的月壤样品;以及安装在采样器旁的高温近摄相机,用作在月面多点采样时导航。自动视像导航技术可确保整个过程,由采样、把样本放入样品罐,然后封装,及把样品罐提放到上升器内,都准确无误。

 

理大工业中心走在前端,在制造这些复杂仪器,以至品质控制上扮演了举足轻重的角色。前理大工业中心副总监谭惠民博士表示: “这些系统部件的制造,必须达到极高水平的精密、准确和可靠程度。” 

 

整个采样过程首先由安装在采样器甲和乙旁的高温近摄相机导航采样,然后将样品倒进初级封装系统的样本罐内。当采样完成后,封装系统将月球样本封装保存。然后采样器在近摄相机导航下,再将样品罐准确地提放到上升器内带回地球。

 

The research team

理大曾参与多项国家太空任务,所有太空仪器皆由理大工业中心制造。

 

利用先进科技分析月壤样品

理大的科研团队最近亦通过国家航天局探月与航天工程中心月球样品管理办公室的审核,成功获得由中国嫦娥五号采集的月球土壤样品,这是对理大在深空探测实力的肯定。

 

理大研究团队获取了两组月球土壤样品,包括一份 400 毫克的表面铲取样品及一份 42.6 毫克的深层钻取样品。其中,月壤表面铲取样品是由理大团队设计的 “表取采样执行装置” 采集而成。

 

这些珍贵的样品现正储存于理大深空探测研究中心的月壤储存及分析系统内,以纯度高达 99.999% 的氮气作保护,避免污染或氧化。

 

这个独特和世界顶尖的一体式多功能系统,配备九项先进仪器,能让研究人员在不暴露于外在环境的情况下,对月壤进行 12 种不同方式的综合原位分析。

 

Space Resources Lab

lunar soil samples

由中国嫦娥五号探月任务收集的两组月球土壤样品,现正储存于理大深空探测研究中心的太空资源实验室内,实验室建立了一个月壤储存及分析系统,以妥善存放及深入分析月壤。

 

寻找月壤水分

这项突破性研究是由一群经验丰富的理大专家所领导,团队以容教授及土地测量及地理资讯学系副系主任、深空探测研究中心副主任吴波教授为首,成员包括土地测量及地理资讯学系博士后研究员王兴博士及助理教授(研究)Sergey Krasilnikov 博士。他们的研究重点是分析月壤中熔结碎屑的微观结构,以及探讨其中的水分来源。

 

吴教授强调研究成果对未来人类持续在月球上活动有重大意义。例如,即将进行的嫦娥七号和嫦娥八号往后的部分任务,将会是在月球上建立国际研究站,水资源对有关研究站的可持续性至关重要。

 

吴教授续称: “月球水分可来自多种来源,如太阳风植入、彗星或陨石的影响,以及月球的火山活动。” 他相信,一小撮月壤可能已足以解开月球的奥秘,有助我们了解月球的形成、演化和空间环境变化等重大科学问题。


奠定基石

理大深空探测研究中心的太空资源实验室在太空探索及太空资源运用的工作上向来独具先导地位。实验室配备先进的技术,如高纯度氮气保护装置,能够妥善储存和研究这些珍贵的外天体样品,作长期的跨学科研究。放眼未来,实验室已作好准备,研究将来从火星、小行星等采样返回的样品,为国家进一步的航天发展奠下基石。


Prof. Yung KL

容启亮教授

• 深空探测研究中心主任

• 钟士元爵士精密工程教授

• 精密工程讲座教授及工业及系统工程学系副系主任

Prof. Wu Bo

吴波教授

• 深空探测研究中心副主任
• 张心瑜空间科学教授

• 土地测量及地理资讯学系副系主任(研究)及教授


丰富的深空研究经验

作为香港唯一一家曾多次参与国家太空任务的高等学府,理大参与国家探索太空的工作,最早可追索至 2010 年代,曾积极协助多个标志性项目。

 

 “嫦娥三号” 探月任务 (2013)

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容教授团队与中国空间技术研究院共同研制出 “相机指向系统” ,而吴教授的团队则专注研究探测器着陆点的三维地形测绘计算模型及分析技术。

长征六号  “一箭二十星” 任务 (2015)

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理大与深圳航天东方红海特卫星有限公司合作,研发出 “微型卫星平台及分离装置” ,该装置安装于 “开拓一号B” 微型卫星。

 “嫦娥四号” 探月任务 (2019)

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国家缔造历史,成功登陆月球背面。当中理大应用地形及地貌特征及分析技术,协助为探测器选取着陆点, 并利用 “相机指向系统” 拍摄月球车 “玉兔二号” 的运作情况和周围月貌全景,以及监视整个月球车的运作过程。

 “嫦娥五号” 探月任务 (2020)

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理大与中国空间技术研究院合作研制 “表取采样执行装置” 。是次为世界首次以全自动方式多点月面采样并把重量约 1.5 公斤的月壤封装后带回地球,顺利完成任务。

 “天问一号” 火星探测任务 (2021)

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理大研发出 “落火状态监视相机” ,用以监察 “祝融号” 火星车着陆火星后准确打开的过程,并利用先进的地形测量及地貌分析技术以识别可能的着陆点。