百億年的時空光錐中，各種神秘的天體和結構以及其不可思議的尺度本身，寄存着人類不息的好奇和猜想，從托勒密到愛因斯坦無不受星空的啟發。但回顧天文學歷史，我們同樣景仰着加加林、阿波羅號、旅行者號這樣的航天事業先驅。他們是空間意義上的攀登者和探險家。而隨着中國航天發展，我們在這一項人類事業中的貢獻也日益重要，在一些項目上更是開創了先河，例如嫦娥六號首次從月球背面採集和帶回了月壤樣本。這無疑是不分國界地、鼓舞着每一個真正的天文工作者和愛好者。而香港作為一個方圓僅千餘平方公里的小城市，去年卻成立了 InnoHK 香港太空機械人與能源中心，以航天工程為目標。香港真在其中擔當重要角色嗎？

高揚教授

該中心主任、香港科技大學機械及航空航天工程學系高揚教授接受《京港學術交流》訪問時先說結論：香港在航天 — 包括工程部分及天文學部分 — 都已經有一定的位置，是受到國內外認可的。

一、 指揮百公斤機器人．遠征月球洪荒地

目前，高揚教授領導着香港太空機械人與能源中心，進行嫦娥八號登月任務中的「香港操作機械人」項目研發，其全稱是月面多功能操作機械人暨移動充電站，將隨嫦娥八號於 2029 年前後發射並着陸在月球南極。

資料顯示，人類第一個在月球南極圈附近着陸的航天器是印度於 2023 年發射的月船三號（Chandrayaan-3），其着陸點為南緯 69 度的永久陰影區的邊緣。至於嫦娥八號的着陸點擬為南緯 85 度的阿蒙森環形山、卡比厄斯環形山附近、甚至是南緯 89 度的沙克爾頓環形山，機械人還會駛進永久陰影區之中，所以高揚教授說：「我們實際上要去的是一個幾乎沒有人真正到過的地方。」

月球上的永久陰影區並非像地球極地那樣橫跨一整季的「長夜」，而是月球南極附近一些深邃的隕石坑或山谷中，全年無法被太陽光照到的區域。由於月球繞地軌道平面相對於黃道僅傾斜約 5.1°，自轉軸又只傾斜約 1.5°，因此太陽在極區的入射角極低，使得部分坑壁足以長期遮蔽陽光，形成永不見天日的陰影區，其表面溫度可低至攝氏零下 230 多度，被認為可能蘊藏古老的水冰與其他揮發性物質。人類亦已在水星和穀神星上推算出同樣的永久陰影區。

月球南極永久陰影區（黑色）（圖片來源：Bickel, V.T., Moseley, B., Lopez-Francos, I. et al. Peering into lunar permanently shadowed regions with deep learning. Nat Commun 12, 5607 (2021)）

在這片亘古洪荒之地，機械人系統計劃工作兩年之久。作為首個配備「雙手」的深空機械人，月球的低溫和晝夜溫差自是一大挑戰，其次則是月塵。月塵的顆粒很細，而且因靜電效應而會牢牢吸附在設備表面，對機械部件、機械臂的運動都可能產生影響。這些嚴苛條件，要求各個系統具有極高的魯棒性。再者由於太陽入射角低，機器視覺系統會遭到各種干擾，例如影子會顯得特別強烈，影響系統判斷，而月球表面整體都很灰，缺乏豐富的視覺特徵，從機器視覺的角度看就像在沙漠中，容易失去方向感，所以要引入更多智能技術，讓它在這種環境中有更好的判斷能力。

高揚教授帶領設計的嫦娥八號香港操作機械人模型

香港操作機械人重量約 100 公斤，「早期阿波羅時代及美蘇太空競賽時，由於小型化技術還沒有現在這麼成熟，很多機器人反而做得比較大、比較重」，反過來說，現在的 100 公斤級設施要肩負當年那些大塊頭的工作，「所有空間飛行器共同面對的問題是，質量受限、能源受限、尺寸受限，包括太陽帆板、電池、載具等一系列配置，每一分資源都要精打細算，」極其考驗團隊的工程能力。

香港參與國家航天工程的歷史不短，但卻是第一次主導這麼大型和重要的工程，成為總體責任單位。這就是為什麼高揚教授說香港受到國內外認可，「傳統航天的操作邏輯是，一個團隊要積累十幾二十年，才會被大型航天機構認可成為供應商」。嫦娥八號的香港操作機械人已進入了出樣階段，處於前期設計階段和最後真正製作成飛行器之間。香港往往給予人一種長於設計，短於工程製作的印象，但這次香港不只參與概念設計，而是真正的進行系統整合，按照航天標準進行各式各樣驗證和測試，工程量非常大。

高揚教授介紹，目前「時時刻刻在工作」的全職團隊成員有 70 人左右，到最後，整個項目應該會到擴張至大約 150 人。其中有香港不同院校和機構之間的合作，也包括香港和內地合作單位、工業界、大學院所的互相理解和學習，各自發揮優勢。她作為中心主任，被冠以「總指揮」之名，職責並不只是技術把關，還包括很多管理工作，包括人力、物力、資源的調配，「就像一個大兵團作戰，需要大量協調和溝通，不同知識體系之間碰撞。有些人掌握的是比較前沿、超前的知識，但同時你也需要工程經驗，兩者之間要拿捏好平衡。」

二、國家重視商業航天．香港不應坐失良機

站在這個位置，高揚教授從一個更長遠的視野來看香港的航天事業發展。香港操作機械人項目固然「非常能夠幫助培養香港團隊」，但若完成一個任務就結束，亦只是一錘子買賣。「我自己接觸過的一個去火星的任務，是 2005 年前後開始參與的，到現在都還沒真正發生，也就是說一個任務從開始到真正發射可能就是二十多年，這在航天界很常見。人在這麼長的周期裡怎麼留得住、怎麼培養和延續？我更希望看到航天商業化、產業化，這類任務的節奏會更快，人才也更容易培養和留住，不用每件事情都等十年、二十年。」

高揚教授認為，香港不需要重複內地已經很成熟或者本地條件不適合的部分。作為一個國際大都市，香港更應該面向國際，吸引商業航天公司落地，形成行業生態，也可以幫助把一些最新技術延伸到更廣的應用場景，「例如空間算力、空間數據中心，現在已受到關注了。這就一定需要維護、回收、運輸，未來有可能出現一些專門做太空維修、太空垃圾回收、太空運輸的商業公司」，國家也越來越重視商業航天，香港可不能浪費這個機會。

對外合作方面，香港可以和大灣區城市進行資源調整，畢竟航天工程常常需要大實驗室、大場地。在國際上可以爭取一些與航天相關的國際機構落地，包括區域性平台、代理性機構，讓香港在某些主題上扮演區域平台的角色，「例如香港在太空智能方面是可以擔當的，可協助相關國際機構在這個區域開展工作，主持會議、訓練人才、做國際聯繫等。」

說起人工智能，高揚教授用一種基地建設類遊戲的工程感畫面，替換了一般宣傳中的科幻大片感：「數據分析、視覺導航、環境建模、任務決策等，這些都要對空間圖像做實時分析和處理，比方說，我要去搬運一個東西，我怎麼調度車輛、規劃怎麼走、機械臂怎麼動、能源夠不夠、整車狀態如何，這些都要一起考慮。而且未來會是多個機器人聯合工作，有些負責搬運，有些負責建造等等，在那種環境下，一定需要人工智能。國家希望在 2035 年左右建立月球科研站的基礎型架構，到時候，航天員一定是必需有機器輔助的。」

近日，香港太空機械人與能源中心主辦的「智領太空逐夢未來」活動正是以「太空智能」為主題，除了展示香港操作機械人項目的主要成果外，還邀請了多位專家就航天工程中的人工智能發展參與深度討論。緊接着，國際天文學聯合會亦於 5 月首度在香港舉行亞太區天文學大會，反映着香港確實有潛力成為國際天文和航天事業版圖中的重要一員、亞太區的空間科學樞紐。

作為聯合國 Space for Women 導師之一，以及新近當選的 IEEE 國際機器人與自動化協會（IEEE RAS）傑出講座學者，高揚教授有一個獨特的觀察角度，提示航天工程學要突破框框，觸及更多的可能性：「以前在英國時，我組織過一個女校學生的機器人比賽，是英國皇家工程學院資助的，英國女生讀工程的真的很少，所以我們特別做這樣的活動… 那些女生設計月球機器人時，會把工程設計做出自己的風格來，比如把一些部件設計成粉色。這其實讓你看到一件事：除了技術上的要求外，工程本身沒有必要被某種固定的印象綁死，這種思維多元性其實很好。」事實上，她很有興趣繼續鼓勵更多香港女生從事航天科研，特別是修讀工程學，希望做一些相關的科普工作。

（除另有註明，圖片由受訪者提供）

如欲知道更多教科相關消息，請留意京港 Facebook 專頁
https://www.facebook.com/BHKAEC