“我们设计的这款机器人,不仅可以通过通用操作手臂灵活作业,还具备以往月球探测任务中从未有过的无线充电功能。”香港太空机械人与能源中心联合主任于宏宇教授向记者介绍时,眼中满是对科研突破的炽热期待。
2025年4月24日,国家航天局正式发布探月工程四期嫦娥八号任务合作项目遴选结果,其中包括香港科研团队牵头开展的“月面多功能操作机器人暨移动充电站”项目。
“那一刻整个团队非常振奋。”谈及当时的情景,于宏宇说,“香港科研力量能够深度参与国家探月工程,是激励我们不断突破技术边界的强大动力。”
挑战月球极端环境
这个重约100公斤的多功能操作机器人,几乎占了嫦娥八号合作载荷总重量的一半。作为项目负责人,于宏宇直言:“在地球上造百公斤机器人并非难事,但要让它在月球‘上岗’,每一步都像在闯关。”
第一个挑战就是月球南极的极端温差。月夜最长持续21天,温度可低至零下230摄氏度。由于缺乏大气层保温,昼夜温差超过200摄氏度。
“零下230摄氏度是什么概念?液氮才零下196摄氏度。”于宏宇说,这意味着机器人的所有材料和零件都得能在这“超低温冰箱”里存活。为此,团队设计出“休眠+保温”策略,采用耐超低温材料并集成智能热控系统:月夜时让机器人“睡觉”,用加热装置维持在零下50摄氏度左右;月昼时再“自主唤醒”工作。
光照问题同样棘手。因缺少大气折射,太阳光线分布不均,亮处刺眼、暗处漆黑。团队给机器人装上“智能眼睛”——视觉增强系统,让机器人在明暗交错中也能“看”清路况。
“轻量化是设计的核心约束。”于宏宇说,受限于火箭运载能力及空间资源,每克重量都需精打细算。为此,团队将机器人设计为可展开的多任务平台,既满足结构强度要求,又能由嫦娥八号着陆器携运并在月面自主展开。
纵使挑战重重,于宏宇仍信心满满。“我们基本上看不到不可逾越的障碍。”他说,国家20多年来嫦娥探月积累的丰富经验,就是团队不可或缺的资源。“从零件选材到热控设计,内地专家都给予我们大力支持。”
当高校科研遇上航天工程
回忆项目起步阶段,于宏宇坦率地讲,香港高校科研思维与航天工程思维相遇时也曾“水土不服”。
香港参与国家航天任务由来已久,但此次项目是香港首次作为总体责任单位,主导深空探测系统级载荷研制。项目由香港科技大学牵头,联合香港理工大学、香港大学、香港中文大学及香港城市大学,携手上海航天技术研究院、大连理工大学及深圳大学等内地机构,以及南非国家航天局,构建起跨区域、跨学科的科研协作网络。
“高校教授习惯说‘这个理论可行’,也就是习惯先验证技术概念,再逐步完善细节。”于宏宇说,但航天系统要求从设计阶段就锁定每一个零件的溯源。
于是,团队引入了国家航天项目质量管理体系。横向设立方案设计、初样验证、正样产品等时间线的严格阶段划分和任务清单,纵向按机器人9大分系统拆解任务,从而建立从零件到整机的全流程质量追溯体系。
“尽管在技术和管理层面常有激烈讨论,但大家都以任务成功为导向,这种碰撞反而推动了创新与共识的达成。”于宏宇说。
南非科研机构在太阳光谱测量技术上拥有独特优势,于宏宇说,香港作为“超级联系人”的优势显现出来:既深度融合内地的技术积淀、产业实力与人才储备,又依托国际化城市的开放特质,具备畅通的跨文化协作能力。
走进实验室,记者看到工程师们在反复探讨机器人柔性夹爪的设计和优化。项目总体设计师方惠廷看来,这正是航天精神在科研一线的生动写照:“航空航天任务必须把问题在发射前全部解决,不允许有遗留问题。”
在国家平台上逐梦的香港青年科研力量
在实验室里,“月面多功能操作机器人”的模拟动画循环闪烁。画面中,机器人扬起如帆的太阳能电池翼,在形似帆船的平台作业。“这个设计不仅为适应月球南极光照,更寓意‘背靠祖国、扬帆起航’。”于宏宇说。
这支团队里,70%的骨干力量是青年科研人员。他们将系统工程、可靠性分析等专业知识融入实践,在导航控制、热管理等关键环节勇挑重担。“儿时仰望星空的憧憬,如今成了参与国家探月工程的实践,这种成就感无可替代。”方惠廷道出了大家的心声。
跨学科协作的氛围,让年轻科研人员迅速蜕变。方惠廷说,航天项目涉及热管理、电子学、材料学等多领域协作,团队规模大,所有人都专注攻克技术难题,不计个人得失。
成长的背后,也有香港特区政府的托举。特区政府通过“InnoHK创新香港研发平台”,成立了香港太空机械人与能源中心,推动嫦娥八号合作项目落地。
嫦娥八号计划于2029年前后发射,香港实验室里的工作节奏愈发紧凑。夜幕降临,实验室的灯光依然明亮,图纸上的修改标记与电脑屏幕的代码荧光交相辉映。于宏宇说:“我们满怀期待,也深感责任重大,必将全力以赴,不负使命 。”
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