探知月球奥秘 助力国家航天梦｜研之有理

人类对月球很好奇，一直想知道多些关于它的事：月球上有没有水呢？它的泥土里有没有一些物质是在地球上找不到的？人类有没有可能移居月球？随着航天科技的不断突破，我们现已可以深入探究月球的资源， 甚至发掘新物料，造福人类。

目前，科学家已发现月壤（月球的土壤）可以开采出可用作安全核能源的氦-3，还有至少6种不存在于地球的新矿物。由于月球的引力较小，表面重力只有地球的六分之一，从那里发射火箭到更远星球作太空探索可节省不少燃料。因此，科学家一直探讨如何在月球就地取材建立基地，推进太空研究。

探月任务困难重重

探索月球，每一步都是披荆斩棘。首先，飞船出发、航行和降落时的强烈震荡，易令其结构和零件损毁。其次，月球表面的温差非常大，变动幅度可由摄氏过百度至负100度，会影响飞船正常运作。再者，月球上辐射量甚高，足以对微电子零件造成不可逆转的破坏。加上月面环境复杂，所有太空仪器的研发和制造必须非常精密，丝毫不能出错。

港产精密太空仪器

国家航天科技发展一日千里，早在2004年开展首个「嫦娥」探月工程，当时已有香港科学家参与其中。我的团队累积了与俄罗斯太空总署和欧洲太空总署合作航天项目的经验，于2013年，获中国空间技术研究院邀请合作研发「相机指向系统」，安装在「嫦娥三号」着陆器顶部，用于拍摄月球车及着陆器附近月貌全景，以帮助控制中心指挥月球车的活动，这亦是国家开展探月工程以来，首次使用香港研发和制造的精密太空仪器。在「嫦娥四号」探月任务中，我和团队再接再厉，研制加强版「相机指向系统」，在月球背面南极拍下珍贵照片，揭开月背的神秘面纱。「相机指向系统」的设计极为精密，由理工大学工业中心以高精确度的加工技术制作，不但完成了国家交付的使命，更证明了香港的航天科技研究实力。

中国探月工程到2020年「嫦娥五号」时再取得重大突破，任务是采集月球表面土石样本，将有史以来最年轻的月壤样本带返地球。这一次，我的团队负责研制「表取采样执行装置」，作为全自动月面采样和封装的关键仪器之一。装置可采集松散及黏性样本，并配备2部近摄相机，以及初级装封系统，能将样本密封并保存于容器中。整套装置由超过400件工件组合而成，以钛合金、铝合金及不锈钢等制造，轻巧且坚硬耐磨，足以抵受严峻的太空环境。

采集月壤技术可带来创新科技，当中有部分可转为民用，解决地球上不同方面的技术难题，包括医疗、工业生产、检测工程、精密控制等。

从月球取回来的月壤样本对深空研究极具价值。理大深空探测研究中心现正建立太空资源实验室，以妥善储存及深入分析月壤，并作生物及物质科学研究。真正的月壤罕有而珍贵，不能直接进行破坏性研究，所以我的团队会利用分析结果，制造用于研究和实验的模拟月壤。

目前，我们正尝试在月壤内培植细菌，令土壤肥沃得足以种植植物和农作物，好让人类将来在月球上就地耕作。

建太空资源实验室 推进深空研究

另外，实验室亦引入了特制烧结系统，能承受最高摄氏2000度及模拟月球的真空状态，让我们能将直径小于1毫米的月壤由泥和沙烧结成砖。研究有助将来直接在月球上将土壤制成建筑物料，建设月球基地，推进月球资源利用的研究，以及对其他星球的探索。

通过1粒月壤不但可了解月球的形成、演化、空间环境变化等重大科学问题，并且从研究月壤取得的成果可对地球带来长远的益，造福人类。因此，采集星球表面土壤技术必须持久发展，以配合将来的深空探测任务需求。

文：香港理工大学深空探测研究中心主任、锺士元爵士精密工程教授容启亮

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文章刊于《星岛日报》2024年2月23日教育版专栏「大学之道」。

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