香港理工大學容啟亮教授及其科研團隊，是香港唯一參與國家深空探測重大工程的科學家團隊。早年從英國學成之後，容啟亮一直在香港理工大學從事工業自動化及管理領域研究。三十年間，他勇於創新探索，相繼研製發明了“相機指向系統”、月壤“表取採樣執行裝置”、“火星相機”等多項精密太空儀器。這些重大科研成果被運用於國家探月工程嫦娥三號、四號、五號和火星探測任務“天問一號”，為中華民族“上九天攬月”的“航天夢”助一臂之力，也在人類深空探測工程史上留下深深的香港印記。可以說，容啟亮是當之無愧的香江探月問天第一人。作為多次參與國家重大工程的航天“老將”，容啟亮見證了中國航天事業的發展歷程，他自豪地說，“能夠參與國家重大工程項目，我感到非常光榮”。

“相機指向系統”助“玉兔”訪“廣寒宮”

2013年12月14 日，那個寒冬的夜晚是容啟亮教授畢生難忘的日子，他在北京航天飛行控制中心與眾多科學家一起，監測嫦娥三號著陸器順利降落月球。他發明的“相機指向系統”安裝在嫦娥三號著陸器上，勘察“玉兔號”月球車進行月面巡視，完成了國家交付的必達使命。

這套“相機指向系統”是容啟亮教授及其研究團隊的重大科研成果，實現了在與地球相隔40萬公里外的月球表面拍攝清晰的360度圖像，幫助控制中心指揮月球車的活動。“相機指向系統”設計新穎、結構超薄，長85厘米、寬27厘米、深16厘米，重2.8公斤，可俯仰轉動120度，偏航轉動340度，能夠拍攝月貌全景影像，以及整個月球車的釋放過程，並進行月面運動監視。其特色是能夠抵受月球表面高達300攝氏度的溫差，可在重力只有地球六分一的環境使用，多角度協助拍攝和監測月球工作。整個系統比歐、美、俄同類型的輕一半，成本更低。由於在登月任務中的出色表現，“相機指向系統”又被應用到2019年嫦娥四號月背探測任務中，安裝在嫦娥四號著陸器的頂端，實現人類探測器首次月背軟著陸。

“表取採樣執行裝置”成功挖回月壤

嫦娥五號的一項重要任務是要把大約兩公斤的月球土壤標本帶回地球，首次實現我國地外天體採樣返回，標誌着中國航天向前邁出一大步。嫦娥五號以“表取採樣”和“鑽取採樣”兩種方式採集月壤，容啟亮教授帶領的科研團隊負責研製在月面進行全自動的“表土採樣”及封裝任務，技術難度之高超乎想象。容啟亮教授說，“我們從來沒有做過類似儀器的研發，外國也從沒有，此前幾十年，俄羅斯曾經進行無人月球取樣，但採用的是鑽取方式，而美國則採用人工採樣的方式，嫦娥五號的採樣裝置完全沒有先例可以借鑒。”

經過六年的不懈努力，經歷了數千次測試後，直到2017年，容啟亮教授團隊最終研製出一套由超過400件零件組合而成的“表取採樣執行裝置”。其中，“初級封裝裝置”作為表取樣本的暫存器，是該系統的核心設備，保證珍貴的月壤“一顆不撒”。整個裝置重約1.5公斤，樣本罐只有360克，各零件均以最適切的材料，包括鈦合金、鋁金屬及不鏽鋼等製造，能耐受200攝氏度的高溫；工藝設計獨具匠心，包括透過漏斗將樣本倒入樣本罐內又不弄污罐身，鎖罐前掃走溢出罐口的月壤，確保罐蓋妥善關好，還會將罐內的樣本密封鎖緊等等。“初級封裝裝置”在採集月壤過程中發揮了重要作用，最終嫦娥五號僅用20小時，採樣器在月球上採樣了12次（預設20次），便完成了從月球表面收集樣本的任務，大大縮短了操作時間。

小小“火星相機”——“祝融號”的大眼睛

搭載於火星探測系統“祝融號”上的關鍵儀器“火星相機”，是容啟亮教授團隊的最新研究成果之一。這款“火星相機”外觀小巧，重量僅約390克，卻蘊含“大能量”——可承受地心引力6,200倍的沖擊，經得住太空“長途旅程”中150攝氏度的極端溫差，還具有水平視野範圍達120度、對角視線視野範圍達170度的超廣角低畸變鏡頭。“火星相機”搭載於著陸器的平台前端，主要用於監視著陸情況、火星周圍環境，以及降落火星後“祝融號”的操作狀態，包括太陽翼的打開和天線的狀況等。這些信息對掌握火星車能否在火星表面成功巡視至關重要。

一個小小的鏡頭對技術要求極高，容啟亮教授形容這是工程界的“終極挑戰”。“製作這個相機其實要考慮很多因素，要弄清楚從發射到著陸，相機都要經歷怎樣的過程，包括輻射及溫度的轉變等。到了火星之後，著陸又是怎樣的情況，著陸之後的環境、開始工作的環境都是怎樣的。”為了滿足這些嚴苛要求，“火星相機”採用了特別的凹凸面設計，這些“凹凹凸凸”能夠增加面板強度，並可讓面板更好地貼著每一個重要零件，起到更好的保護效果，同時有利於將零件熱量均勻地帶到外殼，當相機進入極端、高輻射的環境中，也可避免內部零件過熱而損耗。

為國家航天事業發展貢獻“香港智慧”

從嫦娥三號、嫦娥四號所用“相機指向系統”研發，到嫦娥五號的月表採樣器的設計，再到火星探測器的“火星相機”研製……多年來，容啟亮教授團隊的研發成果屢屢被運用到國家重大深空探測任務之中。“這是挺重要的儀器，國家都放心交給我們做，顯示國家信得過香港的科研。”隨著國家航天事業取得一系列突破性進展，在“一國兩制”之下，包括香港理工大學在內的香港科技界，發揮自身所長，服務國家所需，為國家科技發展大局貢獻出“香港智慧”。

展望未來，容啟亮教授透露研究團隊的未來規劃著重於兩個方向：一是繼續進行深空探測研究，希望日後能夠參與到國家更多具有挑戰性的深空探測任務之中；二是將團隊研發的太空科技成果，應用到民用領域，讓更多人受惠於科技發展。“現在國家發展得非常好，中國現在是全世界第二大經濟體，也非常願意搞科研，我覺得香港的科學家可以繼續參與大型的項目，給我們機會貢獻自己的力量。”他希望在未來深空探測任務中，有更多的香港科學家加入，同其他科研人員一起，共同推進深空探測科學與技術的發展，共同創造中國在深空探測領域更大的輝煌。

（作者係中央政府駐港機構研究員）