“我們?cè)O(shè)計(jì)的這款機(jī)器人，不僅可以通過(guò)通用操作手臂靈活作業(yè)，還具備以往月球探測(cè)任務(wù)中從未有過(guò)的無(wú)線充電功能。”提起“月面多功能操作機(jī)器人暨移動(dòng)充電站”項(xiàng)目，香港太空機(jī)械人與能源中心聯(lián)合主任于宏宇教授眼中滿是對(duì)科研突破的熾熱期待。
2025年4月24日，國(guó)家航天局正式發(fā)布探月工程四期嫦娥八號(hào)任務(wù)合作項(xiàng)目遴選結(jié)果，其中包括香港科研團(tuán)隊(duì)牽頭開展的“月面多功能操作機(jī)器人暨移動(dòng)充電站”項(xiàng)目。
“那一刻整個(gè)團(tuán)隊(duì)非常振奮。”談及當(dāng)時(shí)的情景，于宏宇說(shuō)，“香港科研力量能夠深度參與國(guó)家探月工程，是激勵(lì)我們不斷突破技術(shù)邊界的強(qiáng)大動(dòng)力。”
挑戰(zhàn)月球極端環(huán)境
這個(gè)重約100公斤的多功能操作機(jī)器人，幾乎占了嫦娥八號(hào)合作載荷總重量的一半。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，于宏宇直言：“在地球上造百公斤機(jī)器人并非難事，但要讓它在月球‘上崗’，每一步都像在闖關(guān)。”
第一個(gè)挑戰(zhàn)就是月球南極的極端溫差。月夜最長(zhǎng)持續(xù)21天，溫度可低至零下230攝氏度。由于缺乏大氣層保溫，晝夜溫差超過(guò)200攝氏度。
“零下230攝氏度是什么概念？液氮才零下196攝氏度。”于宏宇說(shuō)，這意味著機(jī)器人的所有材料和零件都得能在這“超低溫冰箱”里存活。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出“休眠+保溫”策略，采用耐超低溫材料并集成智能熱控系統(tǒng)：月夜時(shí)讓機(jī)器人“睡覺(jué)”，用加熱裝置維持在零下50攝氏度左右；月晝時(shí)再“自主喚醒”工作。
光照問(wèn)題同樣棘手。因缺少大氣折射，太陽(yáng)光線分布不均，亮處刺眼、暗處漆黑。團(tuán)隊(duì)給機(jī)器人裝上“智能眼睛”——視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，讓機(jī)器人在明暗交錯(cuò)中也能“看”清路況。
“輕量化是設(shè)計(jì)的核心約束。”于宏宇說(shuō)，受限于火箭運(yùn)載能力及空間資源，每克重量都需精打細(xì)算。為此，團(tuán)隊(duì)將機(jī)器人設(shè)計(jì)為可展開的多任務(wù)平臺(tái)，既滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，又能由嫦娥八號(hào)著陸器攜運(yùn)并在月面自主展開。
縱使挑戰(zhàn)重重，于宏宇仍信心滿滿。“我們基本上看不到不可逾越的障礙。”他說(shuō)，國(guó)家20多年來(lái)嫦娥探月積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，就是團(tuán)隊(duì)不可或缺的資源。“從零件選材到熱控設(shè)計(jì)，內(nèi)地專家都給予我們大力支持。”
當(dāng)高校科研遇上航天工程
回憶項(xiàng)目起步階段，于宏宇坦率地講，香港高校科研思維與航天工程思維相遇時(shí)也曾“水土不服”。
香港參與國(guó)家航天任務(wù)由來(lái)已久，但此次項(xiàng)目是香港首次作為總體責(zé)任單位，主導(dǎo)深空探測(cè)系統(tǒng)級(jí)載荷研制。項(xiàng)目由香港科技大學(xué)牽頭，聯(lián)合香港理工大學(xué)、香港大學(xué)、香港中文大學(xué)及香港城市大學(xué)，攜手上海航天技術(shù)研究院、大連理工大學(xué)及深圳大學(xué)等內(nèi)地機(jī)構(gòu)，以及南非國(guó)家航天局，構(gòu)建起跨區(qū)域、跨學(xué)科的科研協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。
“高校教授習(xí)慣說(shuō)‘這個(gè)理論可行’，也就是習(xí)慣先驗(yàn)證技術(shù)概念，再逐步完善細(xì)節(jié)。”于宏宇說(shuō)，但航天系統(tǒng)要求從設(shè)計(jì)階段就鎖定每一個(gè)零件的溯源。
于是，團(tuán)隊(duì)引入了國(guó)家航天項(xiàng)目質(zhì)量管理體系。橫向設(shè)立方案設(shè)計(jì)、初樣驗(yàn)證、正樣產(chǎn)品等時(shí)間線的嚴(yán)格階段劃分和任務(wù)清單，縱向按機(jī)器人9大分系統(tǒng)拆解任務(wù)，從而建立從零件到整機(jī)的全流程質(zhì)量追溯體系。
“盡管在技術(shù)和管理層面常有激烈討論，但大家都以任務(wù)成功為導(dǎo)向，這種碰撞反而推動(dòng)了創(chuàng)新與共識(shí)的達(dá)成。”于宏宇說(shuō)。
南非科研機(jī)構(gòu)在太陽(yáng)光譜測(cè)量技術(shù)上擁有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，于宏宇說(shuō)，香港作為“超級(jí)聯(lián)系人”的優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)出來(lái)：既深度融合內(nèi)地的技術(shù)積淀、產(chǎn)業(yè)實(shí)力與人才儲(chǔ)備，又依托國(guó)際化城市的開放特質(zhì)，具備暢通的跨文化協(xié)作能力。
走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，記者看到工程師們?cè)诜磸?fù)探討機(jī)器人柔性?shī)A爪的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)師方惠廷看來(lái)，這正是航天精神在科研一線的生動(dòng)寫照：“航空航天任務(wù)必須把問(wèn)題在發(fā)射前全部解決，不允許有遺留問(wèn)題。”
在國(guó)家平臺(tái)上逐夢(mèng)的香港青年科研力量
在實(shí)驗(yàn)室里，“月面多功能操作機(jī)器人”的模擬動(dòng)畫循環(huán)閃爍。畫面中，機(jī)器人揚(yáng)起如帆的太陽(yáng)能電池翼，在形似帆船的平臺(tái)作業(yè)。“這個(gè)設(shè)計(jì)不僅為適應(yīng)月球南極光照，更寓意‘背靠祖國(guó)、揚(yáng)帆起航’。”于宏宇說(shuō)。
這支團(tuán)隊(duì)里，70%的骨干力量是青年科研人員。他們將系統(tǒng)工程、可靠性分析等專業(yè)知識(shí)融入實(shí)踐，在導(dǎo)航控制、熱管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)勇挑重?fù)?dān)。“兒時(shí)仰望星空的憧憬，如今成了參與國(guó)家探月工程的實(shí)踐，這種成就感無(wú)可替代。”方惠廷道出了大家的心聲。
跨學(xué)科協(xié)作的氛圍，讓年輕科研人員迅速蛻變。方惠廷說(shuō)，航天項(xiàng)目涉及熱管理、電子學(xué)、材料學(xué)等多領(lǐng)域協(xié)作，團(tuán)隊(duì)規(guī)模大，所有人都專注攻克技術(shù)難題，不計(jì)個(gè)人得失。
成長(zhǎng)的背后，也有香港特區(qū)政府的托舉。特區(qū)政府通過(guò)“InnoHK創(chuàng)新香港研發(fā)平臺(tái)”，成立了香港太空機(jī)械人與能源中心，推動(dòng)嫦娥八號(hào)合作項(xiàng)目落地。
嫦娥八號(hào)計(jì)劃于2029年前后發(fā)射，香港實(shí)驗(yàn)室里的工作節(jié)奏愈發(fā)緊湊。夜幕降臨，實(shí)驗(yàn)室的燈光依然明亮，圖紙上的修改標(biāo)記與電腦屏幕的代碼熒光交相輝映。
“我們滿懷期待，也深感責(zé)任重大，必將全力以赴，不負(fù)使命。”于宏宇說(shuō)。
（據(jù)新華社香港電 黃茜恬）