理大研发太空仪器成功为嫦娥五号完成表土采样

为支持国家首次月球采样返回任务，香港理工大学（理大）科研团队与中国空间技术研究院合作为这项历史性任务研制了一套关键仪器「表取采样执行装置」。该装置已于12月1日随嫦娥五号成功于月面软着陆，并完成了全自动的表土采样及封装任务。载有月壤样本的飞行器目前正返回地球，预计下周在中国内蒙古地区降落。

嫦娥五号是人类四十多年来首个在月球表面采集样本的探测器，这次任务旨在于月球表面进行全自动采样，将多达两公斤的月球样本带回地球。嫦娥五号探测器以「表取采样」（即利用机械臂在月面进行多点采样）和「钻取采样」两种方式取得月壤。针对「表取采样」的方式，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于2011年开始率领团队研发一套精密的「表取采样执行装置」，用以进行月面采样及封装。

理大校董会主席林大辉博士表示：「采集月球样本是国家太空探索历史上的一个重要里程碑。而理大是香港唯一有份参与嫦娥五号任务的高等院校，这充分印证了我们拥有顶尖的科研实力。再者，理大科研人员代表着香港成功为月球采样任务研制关键的太空仪器，为香港争光之余，亦足证香港有能力在国家太空探索及科研发展上担当重要角色。」

香港特区政府创新及科技局局长薛永恒先生表示：「多年来，理大积极参与国家的太空探索项目，为国家研制高度精密的太空仪器。在这次嫦娥五号探月工程中，理大充分展示科研团队过去多年来在国内外航天项目中所累积的丰富经验、努力研发的高端技术，以及力求创新的思维。理大在科研方面所作出的努力，与特区政府锐意发展香港成为国际创新科技中心的目标，相辅相成。」

理大校长滕锦光教授说：「嫦娥五号的采样返回任务有助科学界发现更多月球的奥秘，因此备受世界注目。理大科研人员研制的『表取采样执行装置』协助嫦五任务取得成功，我为此感到非常荣幸。借着参与这项复杂艰巨的太空任务，理大科研团队展示了其坚实的科研能力及锐意创新的精神，推动前沿技术及科学领域的发展。理大将继续在科研领域追求卓越、引领创新，积极为香港、国家以至世界作出贡献。」

对于获邀参与这次具开创性意义的太空任务，容教授及其团队深感荣幸。他说：「透过全自动机械臂采集如此大量的月球样本是史无前例的。这个项目由前期研发、装置设计到仪器制造，均需要我们的团队在创新性、精确度和可靠性等方面达到极高水平。由于这次任务十分复杂，环环相扣，任何细节只要出现微细错误，便会令之前所付出的努力全部白费。我们衷心感谢国家、大学，以及理大工业中心专家团队的支持，让我们成功研制出这套通过太空验证的仪器，并顺利完成采集表土样本。我们十分感激国家授予这项关键的装置研发任务。」

理大制造的「表取采样执行装置」正样部分包含两个采样器，分别用作采集松散及黏性样本；两个近摄相机；并配备一套「初级装封系统」用于以密封并保存样本于样本容器中。整套「表取采样执行装置」由超过400件工件组合而成，由不同材料如钛合金、铝合金及不锈钢等所制造，减低整个装置的重量，同时坚硬耐磨，以抵受严峻的太空环境。

谈及研发过程所遇到的挑战，容教授说：「由于『表取采样执行装置』在面向太阳的一方运作，月面温度可高达摄氏110度。我们设计这套创新的系统时必须考虑周详，以便能够在极高温下运作，并须抵受太空穿梭期间及月面的极端环境︰包括升空及着陆时的冲击及震荡、月球的真空环境、太阳风及宇宙射线，并确保在高速穿越地球大气层时，样本仍然保持稳定。」

「为达到载荷重量的要求，我们必须在机械设计方面力求创新，严格控制整个装置的重量。以两个采样器为例，它们不仅可用于采集样本，同时具有将样品容器钳起的功能，将其从着陆器移到上升器上。」容教授续说。

「表取采样执行装置」特点：

• 采样器(甲) – 采样器(甲)的长度约为35厘米，其铲子形状专为采集松散的月球样本而设。当采样器闭合时会产生震动及冲击，这个精心设计能甩走多余的碎片、凿开大块的月壤，并将月壤样本裹于采样器内，同时有助将样本准确地倒入样本罐中，以免弄污周遭仪器。

• 采样器(乙) – 采样器(乙)的长度约为30厘米，用于采集黏性月球表层样本。采样器会钻进月壤，透过打开齿状金属瓣抓取黏性样本，当金属瓣闭合时即可抓紧目标样本。随着金属瓣慢慢张开，采样器内的活塞会将黏性样本推进样本罐内。

• 近摄相机 – 可抵受高达摄氏130度的高温。每个采样器均配有一台近摄相机，可在样本采集过程中发挥监察和视像导航功能，有助拣选具科研价值的月壤样本，将样本准确地倒进样本罐内及准确地提罐放到上升器内。

• 初级封装系统 –整个系统重约1.5公斤，而样本罐只占360克，用于将月球样本密封保存，以带回地球。此系统有多项匠心设计，包括透过漏斗将样本倒入样本罐内，期间不会弄污罐身；另外，锁罐前会扫走溢出罐口的月壤，确保罐盖能妥善关好，以将罐内的样本密封锁紧。

理大是香港唯一拥有国际太空任务实战经验的高等院校，自2010年起在国家的太空探究项目方面一直不遗余力。为支持国家的探月工程，容教授多年来与中国空间技术研究院的专家携手研制出多项太空仪器，包括应用于2013年嫦娥三号及2019年嫦娥四号的月背探测任务的「相机指向机构系统」，以及2020年应用于天问一号的「落火状态监视相机」。理大团队的「表取采样执行装置」亦将应用于嫦娥六号探月任务。

理大多年来积极参与不同的太空探索项目，研制各项先进的太空仪器，包括为欧洲太空总署2003年火星快车任务研发「岩芯取样器」，以及为2011年的中俄联合探索火星任务研发「行星表土准备系统」。

 

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