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探月背後港人幫眼 理大新技術測繪地貌

香港文汇报讯(记者 姜嘉轩)肩负国家登月任务的嫦娥四号,其探测器本月3日成功登陆月球背面,创全球历史先河。在此历史性月背登陆的创举中,多位香港学者均有参与其中及发挥关键作用,理工大学的两支团队,分别以创新月球地形测绘和地貌分析技术,为嫦四研究探测器着陆点的地理特征;另亦有为嫦四设计及开发「相机指向系统」(见另稿)。两团队负责人昨先后分享月背的复杂地形为任务带来重大挑战,难度较嫦三更是有过之而无不及。

嫦娥四号是中国嫦娥工程第二阶段的登月探测器,目标是于月球背面着陆,为人类太空历史开创先河。结果它亦不负众望,去年12月8日在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射;本月3日成功在预选的着陆区月球背面南极-艾特肯盆地(South Pole-Aitken,SPA)的冯.卡门撞击坑(Von Kármán)着陆;11日正式宣布任务完满成功。

自嫦三任务以来,理大土地测量及地理资讯学系副教授吴波和工业及系统工程学系讲座教授(精密工程)兼副系主任容启亮已有参与其中,分别凭其专业知识和技术作出贡献,取得瞩目成功。是次两人再接再厉,接下这个历史性任务。

多陨石撞击 地貌起伏大

吴波团队的其中一项主要工作,在于为嫦四着陆区的地形及地貌特征进行仔细分析与研究。「有别于嫦三所登陆的平滑月面,月背的地形由于阻挡了很多陨石撞击,所以有着非常密密麻麻的撞击点,也导致地貌起伏很大,最高的山有10公里高,撞击坑则深达6公里,高差极大。」同时,月背部分亦有无数石块,部分直径可达35米,足以影响月球车的活动与行走路线,部分高低差亦有机会遮挡仪器接受日照充电或传送讯息,这些都是比嫦三时候额外需要顾虑的因素。

为确保嫦四的着陆点符合上述所有条件,吴波团队研究两个面积分别约在1,500平方公里、各约相当于香港总面积1.4倍的候选着陆区域,收集了当中超过40万个撞击坑及逾两万块岩石资讯,并分析该处地形表面、计算斜坡的坡度,以选取相对平坦的地点供探测器安全着陆。

垂直90度下降 避开陡地形

吴波指,是次所需分析资料远远比嫦三任务要多,团队需运用机械学习软件,透过电脑勾出撞击坑减轻人手工作量。探测器的降落方式亦有因应月背地形作出调整,「基于月背高低差大,嫦四下降的轨道设计就跟嫦三完全不一样。」他解释,嫦三是可以慢慢沿抛物线下降,而嫦四是要当到达预选着陆点上方后,几乎以垂直90度方式下降,「就是为了避开那些很陡的地形。」

最终嫦四所登录的冯.卡门撞击坑,正是团队所建议的其中一个候选着陆区。吴波总结是次选址既要在崎岖不平的月背中找出可接受的降落点,还要确保该处附近的地形不会遮挡太阳,也不会阻碍嫦四传送讯息予鹊桥号中继卫星,这些都是本次任务须克服的全新挑战。

被问到这着陆区可望为国家带来哪些科学成果,吴波解释南极-艾特肯盆地是太阳系内已知的最大撞击盆地,而冯.卡门撞击坑则是里面最有代表性的大型撞击坑之一,「最大就有可能是最深,而最深撞击盆地就可能把月壳甚至月幔的深层物质给暴露出来。」有助人类了解月球早期形成历史情况,包括其内部构造与热演化历史。考虑到人类对相关历史的研究还非常缺乏,因此嫦四的工作将有希望填补这方面的空白。

选取着陆点各项挑战

■ 在候选着陆区收集了超过40万个撞击坑及逾两万块岩石的资讯

■ 分析该处地形表面、计算斜坡的坡度,以选取相对平坦的地点供探测器安全着陆

■ 仔细考虑着陆区的岩石数量及每一块的体积,确保月球车行走顺利

■ 确保着陆区地形不会遮挡着陆器和月球车上的太阳能板接收日照充电

■ 确保着陆区地形不会阻碍着陆器和月球车接收地球上控制中心的指挥信号,并能顺利将数据传输至控制中心

资料来源:理大 整理:香港文汇报记者 姜嘉轩

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