製作挑戰重重 要輕巧能禦低溫 每步迎難上不簡單
2021年被視為人類探索火星最熱鬧的一年。除了中國首次自主發射的「天問一號」探測器最快今日凌晨擇機着陸火星、有望為國家航天歷史寫下全新一頁外，美國「毅力號」及阿聯酋「希望號」，亦先後抵達了這顆紅色星球及其軌道，進行不同的探測任務。
為實現火星探索這項重大里程，無數科研人員付上畢生心血，於各自領域中貢獻想法，從登陸以至解構火星謎團上，發揮關鍵作用。香港文匯報今日起展開「從香港到火星」系列報道，介紹香港科學家如何從事火星研究工作，並以專家角度，剖析火星探索的重要性及有望帶來哪些科學成果，讓讀者在此「探火」熱潮中，了解本港科研界的定位和貢獻。
國家火星探測器「天問一號」已進入環火軌道逾三個月，並擬5月15日至19日擇機着陸，實現國家史上首次着陸火星地表。於這次任務中搭載於着陸器外層平台，肩負監視着陸情況、火星周遭環境，及降落火星後巡視器的操作狀態的「落火狀態監視相機（火星相機）」，正是出自香港理工大學教授容啟亮的手筆。隨着「落火」日子開始倒數，曾多次參與國家航天任務、身經百戰的容啟亮近日接受香港文匯報訪問時亦難掩緊張心情，不論是「落火」任務本身還是「火星相機」的製作過程，他直言都是挑戰重重，例如要達到輕巧、強度、抵禦低溫等要求，每步都必須迎難而上，絲毫不簡單。 ●香港文匯報記者 姜嘉軒
「大約在2017年底開始醞釀，做了一些準備功夫，翌年8月正式簽約，隨即全速去做（火星相機），」理大工業及系統工程學系鍾士元爵士精密工程教授、精密工程講座教授及副系主任容啟亮憶述團隊參與是次國家火星探測任務之始，雖然他們過往有做過精密的相機項目，但要達到「落火」規格，必先要實現多項變革，「要全面重新設計過，包括相機結構，電子零件如何擺法，線路、部件，應該用上什麼才可承受火星環境。」
眾多難題之中，容啟亮首先點出了重量這項關鍵，「這是其中一大重要限制，我們只能夠在很有限的重量下打造相機，必須跟足要求，分毫不差。」火星相機重約390克，即只有不足1磅重，他笑言當初收到這項指標時，確實感覺挑戰很大，但也只得法寶盡出，達到目標。
設計輕巧不容易 還須兼顧強度
設計輕巧本身已不容易，還需要兼顧強度，使其足以承受太空環境以至「落火」衝擊，難上加難。「『天問一號』有好幾部相機，安裝位置各異，承受的衝擊亦各有不同，」容啟亮介紹其火星相機除了需要承受一般航天過程會遇到的衝擊外，由於位置比較接近「火工鎖」，因此還須承受一些額外衝擊，「航天儀器的一些部件本身會用螺絲鎖實，想要將其釋放，就要透過爆破將其切斷，這個（火工鎖）衝擊力很大，因此設計相機時亦必須顧及這點，使其抵受旁邊的爆炸震盪後，仍可正常運作。」
另外，火星相機亦須要抵禦整段太空旅程及火星的低溫環境，「低溫起動又是另一大難題，即使我們會設加熱器，以免相機過於低溫，但亦非時刻都能保持，」容啟亮解釋，所謂低溫大約是零下45度左右，而火星相機在測試階段則能夠達到「零下75度以下，放足一年仍能正常運作」的成績，所以是有「走盞」的。
「即使美國都不是每次成功」
克服各種技術難關，團隊最終在去年2月成功研製並交付「火星相機」，但由於疫情關係，容啟亮無法前往內地見證「落火」，只得在港等候消息。對於國家首次執行「落火」任務，他形容挑戰確實很高，「即使美國都不是每次成功，尤其他們一般會事先於火星設環繞器，將火星攝得清楚後，再行揀選着陸點，最後才直接飛一個着陸器過去，分開不同階段完成。」
至於「天問一號」則是一次過要完成「繞、落、巡」三項目標，「單論環繞影相，講起來好似好容易，但要在這般距離下將相片傳送回來並不簡單，尤其時間拖愈久，地球和火星就會相隔愈遠，傳送訊號的時間亦相應加長。」
此外，距離遠亦意味控制着陸器只得全自動形式操作，「不能在地球隨時控制到佢點做，當找到着陸點之後，就要事先計好拋物線、入位，預先編程，由機器自己執行。」這確實是分秒必爭的艱鉅工作，「挑戰很大，的確是好緊張，經常都會留意住相關新聞。」其火星相機則會在着陸後發揮廣角特點，用以觀察周圍環境及火星車，以監察整個過程運作順利。「例如其太陽板、天線等機件打開時狀況如何等，然後再看着它走出去。」
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