香港理工大學（理大）憑藉卓越科研實力，參與中國嫦娥五號任務，為國家首次從月球表面採樣並把樣本帶回地球的任務取得了突破，締造了歷史創舉。理大科研團隊透過跨學科協作，設計和研製了一套「表取採樣執行裝置」，運用先進的機械人技術採集月球樣本。該儀器在香港研發和製造，不但展示了理大雄厚的科研實力，亦印證香港有能力在國家太空探索及科研發展上擔當重要角色。

嫦娥五號探月工程不但是國家首次在月球表面採集土壤的任務，更是人類自 1976 年以來，相隔 40 年後再次進行有關嘗試。該歷史任務於 2020 年 11 月 24 日展開，當天長征五號運載火箭搭載並成功發射嫦娥五號月球探測器。該探測器由四個部分組成，包括軌道器、上升器、著陸器和返回器。12 月 1 日，上升器和著陸器順利降落月球表面，展開收集月壤的任務。12 月 17 日，返回器攜帶月球樣本安全著陸地球，完成歷時 23 天的太空探索之旅。

嫦娥五號以「表取採樣」和「鑽取採樣」兩種方式取得月壤。由理大科研團隊與中國空間技術研究院合作研製的「表取採樣執行裝置」，負責表取採樣的工作。

理大校董會主席林大輝博士表示：「採集月球樣本是國家太空探索歷史上的一個重要里程碑。而理大是香港唯一有份參與嫦娥五號任務的高等院校，這充分印證了我們擁有頂尖的科研實力。」

（ 右起 ）理大校長滕錦光教授、校董會主席林大輝博士、容啟亮教授、常務及學務副校長黃永德教授出席介紹「表取採樣執行裝置」的新聞發布會。

由理大研發的太空儀器是一項高度精密的創新發明，透過全自動機械人技術來採集月球樣本，更是史無前例。這項研發工作由理大工業及系統工程學系副系主任暨鍾士元爵士精密工程教授容啟亮教授率領，其團隊超過 20 人，而理大工業中心副總監譚惠民博士是其中一名重要成員。

完成史無前例的任務

嫦娥五號僅以 20 小時便完成從月球表面收集樣本，但探月工程的前期工作，則需要經年累月的研究和準備，而中國空間技術研究院早於 2011 年已委託理大開發「表取採樣執行裝置」。

容啟亮教授與用來採集鬆散月壤樣本的採樣器（甲）

容啟亮教授表示：「整項研究工作充滿挑戰與未知之數。我們起初毫無頭緒，亦找不到任何參考資料，甚至連要設計甚麼都感到疑惑，而以機械人技術採集大量月球樣本亦無先例可循。」 

 

容教授的團隊需克服種種挑戰，而太空及月面的極端環境亦增加了研發工作的難度，包括白天時月球表面的高溫，儀器在探月旅途中將會承受的衝擊及震盪，以及對各種設備的嚴格重量規定。直至2017年，其科研團隊才成功克服所有技術難題，取得研發成果。

 

由超過400件工件組合成採樣裝置

經過六年的不懈努力，進行了數千次測試後，科研團隊最終研製出一套由超過 400 件工件組合而成的「表取採樣執行裝置」。各工件以最適切的材料製造，包括鈦合金、鋁合金及不鏽鋼等。

譚惠民博士與專門用來採集黏性樣本的採樣器（乙）

每件工件都是為採樣任務而精心設計。譚惠民博士說：「製造這些工件需要很複雜的技術，亦要求很高的精準度和可靠性。」理大工業中心以其高水平的創新技術，在採樣裝置的製造、組裝、測試和質量控制工作中起著關鍵作用。

 

表取採樣執行裝置」能抵受攝氏 200 度的高溫，整套裝置包含兩個採樣器，分別用於收集鬆散和黏性的月球樣本；兩部內置的耐熱近攝相機，可在樣本採集過程中發揮監察和視像導航功能；以及一套初級封裝系統，可將樣本密封並保存於容器之中。

由於採樣裝置的每一部分都需要遵守嚴格的載荷重量要求，因此兩個採樣器需要具備多種功能，不僅可用於採集樣本，同時能將樣品容器鉗起，把它從著陸器移到上升器。容教授說：「為使所有工件保持在適當溫度，我們更在精巧的採樣裝置中放進一個類似冰箱的冷卻設備。」

科研團隊一絲不苟的努力終獲回報。嫦娥五號降落在月球的正面後，裝置的採樣器從月面成功取得二千克表層樣本，並將其放在容器中密封。採樣器的機械臂隨即將容器鉗起，放入上升器中。其後，上升器離開月面，進入月球軌道，與軌道器會合並對接，然後將裝著月壤樣本的容器放置返回器中。帶著月壤的返回器最後成功返回地球，完成整個任務。

主要儀器及其特徵

採樣器（甲）

採樣器（甲）的長度約為35厘米，專為採集鬆散的月球樣本而設。它能甩掉多餘的碎片、鑿開大塊的月壤，並將樣本準確倒入樣本罐，以免污染周遭儀器。

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採樣器（乙）

採樣器（ 乙 ）的長度約為30厘米，它能鑽進月壤，打開齒狀金屬瓣抓取黏性樣本。

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近攝相機

近攝相機可抵受高達攝氏130度的高溫。每個採樣器均配備一部近攝相機，可在樣本採集過程中發揮監察和視像導航功能，有助揀選具科研價值的月壤樣本。

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初級封裝系統

整個初級封裝系統重約1.5公斤，樣本罐只重360克。該系統用於將月球樣本密封保存，以帶回地球。

參與太空探索20年

自 2010 年起，理大一直參與國家各項航天探索項目。理大與中國空間技術研究院攜手合作研製「相機指向系統」，用於 2013 年嫦娥三號及 2019 年嫦娥四號月背探測任務，並研製「落火狀態監視相機」，在 2020 年應用於天問一號。此外，「表取採樣執行裝置」亦將用於嫦娥六號探月任務。

多年來，理大積極參與國家及國際多項太空探索項目，累積了寶貴的經驗，包括為歐洲太空總署 2003 年火星快車任務研發「岩芯取樣器」，以及為 2011 年的中俄聯合探索火星任務研發「行星表土準備系統」。

揭開月球的奧秘

嫦娥五號成功採集的月壤樣本，將有助科學界進一步揭開月球的奧秘。嫦娥五號在月球表面降落的區域，相比其他曾經探索過的區域，地質年代較近，因此帶回地球的將會是有史以來最年輕的月壤樣本，這有助科學家更深入了解月球和太陽系的演化過程。

隨著嫦娥五號成功返回地球，中國成為第三個從月球帶回樣本的國家。理大校長滕錦光教授表示：「理大能參與國家的太空計劃，我為此感到非常榮幸。藉著參與這項複雜艱巨的太空任務，理大科研團隊展示了其堅實的科研能力及銳意創新的精神，推動前沿技術及科學領域的發展。」理大將繼續在科研領域追求卓越、引領創新，積極為嫦娥六號及其他太空探索計劃作出貢獻。

容啟亮教授（中）與研究團隊

觀看理大「表取採樣執行裝置」如何運作：