探知月球奧秘 助力國家航天夢｜研之有理

人類對月球很好奇，一直想知道多些關於它的事：月球上有沒有水呢？它的泥土里有沒有一些物質是在地球上找不到的？人類有沒有可能移居月球？隨着航天科技的不斷突破，我們現已可以深入探究月球的資源， 甚至發掘新物料，造福人類。

目前，科學家已發現月壤（月球的土壤）可以開採出可用作安全核能源的氦-3，還有至少6種不存在於地球的新礦物。由於月球的引力較小，表面重力只有地球的六分之一，從那里發射火箭到更遠星球作太空探索可節省不少燃料。因此，科學家一直探討如何在月球就地取材建立基地，推進太空研究。

探月任務困難重重

探索月球，每一步都是披荊斬棘。首先，飛船出發、航行和降落時的強烈震盪，易令其結構和零件損毁。其次，月球表面的溫差非常大，變動幅度可由攝氏過百度至負100度，會影響飛船正常運作。再者，月球上輻射量甚高，足以對微電子零件造成不可逆轉的破壞。加上月面環境複雜，所有太空儀器的研發和製造必須非常精密，絲毫不能出錯。

港產精密太空儀器

國家航天科技發展一日千里，早在2004年開展首個「嫦娥」探月工程，當時已有香港科學家參與其中。我的團隊累積了與俄羅斯太空總署和歐洲太空總署合作航天項目的經驗，於2013年，獲中國空間技術研究院邀請合作研發「相機指向系統」，安裝在「嫦娥三號」着陸器頂部，用於拍攝月球車及着陸器附近月貌全景，以幫助控制中心指揮月球車的活動，這亦是國家開展探月工程以來，首次使用香港研發和製造的精密太空儀器。在「嫦娥四號」探月任務中，我和團隊再接再厲，研製加強版「相機指向系統」，在月球背面南極拍下珍貴照片，揭開月背的神秘面紗。「相機指向系統」的設計極為精密，由理工大學工業中心以高精確度的加工技術製作，不但完成了國家交付的使命，更證明了香港的航天科技研究實力。

中國探月工程到2020年「嫦娥五號」時再取得重大突破，任務是採集月球表面土石樣本，將有史以來最年輕的月壤樣本帶返地球。這一次，我的團隊負責研製「表取採樣執行裝置」，作為全自動月面採樣和封裝的關鍵儀器之一。裝置可採集鬆散及黏性樣本，並配備2部近攝相機，以及初級裝封系統，能將樣本密封並保存於容器中。整套裝置由超過400件工件組合而成，以鈦合金、鋁合金及不鏽鋼等製造，輕巧且堅硬耐磨，足以抵受嚴峻的太空環境。

採集月壤技術可帶來創新科技，當中有部分可轉為民用，解決地球上不同方面的技術難題，包括醫療、工業生產、檢測工程、精密控制等。

從月球取回來的月壤樣本對深空研究極具價值。理大深空探測研究中心現正建立太空資源實驗室，以妥善儲存及深入分析月壤，並作生物及物質科學研究。真正的月壤罕有而珍貴，不能直接進行破壞性研究，所以我的團隊會利用分析結果，製造用於研究和實驗的模擬月壤。

目前，我們正嘗試在月壤內培植細菌，令土壤肥沃得足以種植植物和農作物，好讓人類將來在月球上就地耕作。

建太空資源實驗室 推進深空研究

另外，實驗室亦引入了特製燒結系統，能承受最高攝氏2000度及模擬月球的真空狀態，讓我們能將直徑小於1毫米的月壤由泥和沙燒結成磚。研究有助將來直接在月球上將土壤製成建築物料，建設月球基地，推進月球資源利用的研究，以及對其他星球的探索。

通過1粒月壤不但可了解月球的形成、演化、空間環境變化等重大科學問題，並且從研究月壤取得的成果可對地球帶來長遠的益，造福人類。因此，採集星球表面土壤技術必須持久發展，以配合將來的深空探測任務需求。

文：香港理工大學深空探測研究中心主任、鍾士元爵士精密工程教授容啟亮

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文章刊於《星島日報》2024年2月23日教育版專欄「大學之道」。

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