“我們衷心祝愿‘天問一號(hào)’任務(wù)取得圓滿成功，讓世界對(duì)這個(gè)‘紅色星球’有更多了解?！毕愀劾砉ご髮W(xué)（簡(jiǎn)稱“港理大”）校長滕錦光教授透露，最近，港理大已成立“深空探測(cè)研究中心”，聚集地質(zhì)學(xué)、土木工程、物理學(xué)等不同領(lǐng)域的專家，在航天科技的不同方向展開深入研究。  

日前，我國首個(gè)火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器成功著陸火星，中國邁出了星際探測(cè)征程重要一步。5月21日，作為國家首個(gè)火星探測(cè)任務(wù)重要參與者的港理大，舉行新聞發(fā)布會(huì)介紹火星探測(cè)任務(wù)情況。    

港理大新聞發(fā)布會(huì)。本文圖片均為香港理工大學(xué)提供

澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）從港理大方面獲悉，港理大有兩支跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)參與當(dāng)中。其一為土地測(cè)量及地理資訊學(xué)系吳波教授的團(tuán)隊(duì)，其研發(fā)創(chuàng)新的地形測(cè)量及地貌分析方法，協(xié)助選取火星著陸點(diǎn)；其二為工業(yè)及系統(tǒng)工程學(xué)系副主任容啟亮教授的團(tuán)隊(duì)，其研發(fā)出精密的太空儀器“落火狀態(tài)監(jiān)視相機(jī)”（“火星相機(jī)”），拍攝火星的周圍環(huán)境及火星車的狀況。  

左為吳波教授，右為容啟亮教授。

火星著陸區(qū)測(cè)量和評(píng)估：一個(gè)半月內(nèi)分析67萬個(gè)隕石坑

港理大介紹，登陸火星是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)?；鹦潜砻娴牡匦螐?fù)雜，大氣層稀薄，而火星表面隨時(shí)可能出現(xiàn)的沙塵暴，加上火星與地球通訊有約5至20分鐘的延遲，凡此種種增加了探測(cè)器登陸火星的難度。因此，選擇一個(gè)安全而具有科學(xué)價(jià)值的著陸點(diǎn)至關(guān)重要。

2017至2020年期間，吳波應(yīng)中國空間技術(shù)研究院的邀請(qǐng)，率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行火星全球的分析和評(píng)估，篩選出三個(gè)候選著陸區(qū)，分別位于亞馬遜平原、克里斯平原和烏托邦平原。這些候選著陸區(qū)均處于火星緯度5°-30°N范圍，太陽日照充足，有助太陽能電池板供電，溫度適中；且位處低海拔，可以延長探測(cè)器降落時(shí)減速的時(shí)間；地形平坦，有利探測(cè)器安全著陸。  

港理大團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)候選著陸區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地形及地貌特征分析，包括其海拔、坡度、巖石密度、撞擊坑密度，以及該區(qū)域的地質(zhì)歷史。綜合研究結(jié)果，火星北半球最大的撞擊盆地烏托邦平原南部區(qū)域獲選為“天問一號(hào)”的目標(biāo)著陸區(qū)。烏托邦平原的某些特征，如其表面上廣泛存在的沉積物，顯示這個(gè)區(qū)域地下可能存在水冰，因此其科學(xué)意義重大，有助找出火星是否曾有生命的線索，了解火星的演化歷史。

澎湃新聞從港理大方面了解到，“天問一號(hào)”自2021年2月10日進(jìn)入環(huán)火軌道后，已收集并傳回大量覆蓋目標(biāo)著陸區(qū)的亞米級(jí)高分辨率圖像回地球。這次任務(wù)的目標(biāo)著陸區(qū)面積達(dá)70公里x180公里，即比整個(gè)香港的面積大11倍。吳波及其團(tuán)隊(duì)利用自行研發(fā)的“三維集成測(cè)量模型”，將“天問一號(hào)”傳回的高分辨率圖像，制成高精確度、高分辨率的三維數(shù)碼地形模型，以詳細(xì)分析地形特征，識(shí)別可能影響著陸安全的大型斜坡。

為了幫助“天問一號(hào)”在火星上安全著陸和巡視，吳波及其團(tuán)隊(duì)亦研發(fā)出“基于人工智能的撞擊坑、石塊提取方法”，在短時(shí)間內(nèi)從高分辨率的圖像上自動(dòng)提取撞擊坑和石塊等地貌特征，以作更精確的分析。

“我們利用這項(xiàng)人工智能技術(shù)，在一個(gè)半月內(nèi)分析了分布在目標(biāo)著陸區(qū)內(nèi)的67萬個(gè)隕石坑、逾200多萬塊巖石，和數(shù)百個(gè)火山錐，效率超卓，準(zhǔn)確率達(dá)到了85%?！眳遣ㄕf道。

最終，團(tuán)隊(duì)根據(jù)地形和地貌的詳細(xì)測(cè)量結(jié)果，成功搜索出數(shù)個(gè)可能的著陸點(diǎn)，供“天問一號(hào)”任務(wù)的管理團(tuán)隊(duì)作最終抉擇。

“‘天問一號(hào)’火星探測(cè)任務(wù)是一個(gè)龐大的工程，是成千上萬人的努力成果，我們只是當(dāng)中的一顆‘螺絲釘’?！眳遣ㄕf，過去幾個(gè)月，團(tuán)隊(duì)每一位成員為這個(gè)項(xiàng)目全力以赴，日以繼夜工作，精益求精，沒有因?yàn)闀r(shí)間緊迫而對(duì)準(zhǔn)確度和工作中的細(xì)節(jié)讓步，最終大家在限時(shí)內(nèi)完成任務(wù)。

“火星相機(jī)”：從地球前往火星長途跋涉，保持完好

至于被喻為火星探測(cè)器“眼睛”的“火星相機(jī)”，港理大介紹，其搭載于著陸器外層平臺(tái)上，以監(jiān)視著陸情況、火星的周遭環(huán)境，以及降落火星后巡視器“祝融”的操作狀態(tài)，包括太陽翼的打開及天線的狀況。這些資訊對(duì)掌握巡視器能否在火星表面成功巡視至關(guān)重要。  

澎湃新聞了解到，作為“火星相機(jī)”研發(fā)背后主導(dǎo)者的容啟亮，具有豐富的精密太空儀器研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)在不到三年內(nèi)，成功研制并交付了火星相機(jī)，并通過多項(xiàng)相關(guān)的太空驗(yàn)證。  

“落火狀態(tài)監(jiān)視相機(jī)”（火星相機(jī)）。

“火星相機(jī)”重量輕巧，約390克，然而外殼十分堅(jiān)固，以抵受穿梭地球與火星超過九個(gè)月的旅程期間出現(xiàn)約150攝氏度的極端溫差，及后須能在火星表面極低溫的環(huán)境下運(yùn)作，并要承受相等于地球地心吸力6200倍的沖擊。此外，“火星相機(jī)”須具備廣闊測(cè)量視野（水平視野范圍達(dá)到120度，對(duì)角線視野范圍達(dá)到170度），同時(shí)顯著減低圖像變形的程度。

容啟亮解釋，為了拍攝超廣闊的圖像及影片作科學(xué)研究之用，火星相機(jī)須輕巧并具備廣角拍攝及可控的影像變形，同時(shí)要在有限的重量?jī)?nèi)能抵受極大的沖擊力。此外，相機(jī)須在長時(shí)間的太空旅程中克服極端溫差、輻射、機(jī)械振動(dòng)等挑戰(zhàn)，最后仍保持十分高的穩(wěn)定性。

當(dāng)?shù)弥疤靻栆惶?hào)”成功著陸火星時(shí)，容啟亮如釋重負(fù)，因?yàn)椤盎鹦窍鄼C(jī)”能在地球前往火星的長途旅程中保持完好實(shí)屬不易?！捌诖鹦窍鄼C(jī)’拍攝到火星的壯麗景色以及火星車打開及運(yùn)行的情況?！彼f道。