“港”创科25人⑲ 丨独家专访香港工程科学院院士、深空探测中心负责人容启亮:航天是最终极的工程挑战

2023-07-18 19:44:54 21世纪经济报道 21财经APP 何柳颖

21世纪经济报道记者何柳颖报道

宇宙无垠,人类对未知太空的探索走过了漫长岁月。

1961年,苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方1号宇宙飞船进入太空,载人航天征程自此开启。 

2019年,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现人类探测器首次月背软着陆。 

在嫦娥四号着陆器顶端,安装着一个“相机指向系统”,起到云台作用,可垂直移动120度,左右旋转350度,在月球引力下可正常运作,帮助拍摄月球图像。该系统由香港工程科学院院士容启亮带领的香港理工大学(下称“港理工”)团队携手中国空间技术研究院共同研发。

多年以后,容启亮仍记得那个早晨。10时26分,嫦娥四号探测器成功着陆;11时40分,着陆器监视C相机获取了世界第一张近距离拍摄的月背影像图。他终于松了一口气,知道团队再一次完成了国家交付的科研使命。 

钻研航天事业三十余载,这是容启亮难得的放松时刻。“要发展一件航天仪器,不是直接把一个航天仪器给你做,就能一直做到它能上天。这是一个程序,每一个节点都需要评审,很多时候都会有并行研发,会有其它仪器和你竞争。那就导致了每一次评审、每一个节点都是一个挑战。所以每一次都很担心,希望真的能过了这关,过了这关又下一关,再接着下一关,等到发射的时候就更加(担心),睡也睡不着。”在接受21世纪经济报道记者采访时,容启亮如此说道。

这些年间,容启亮多次参与我国重大航天任务,从“嫦娥”系列到“天问一号”,从相机指向系统到表取采样执行装置、落火状态监视相机,容启亮经历了多个“睡也睡不着”的发射时刻。

即便年过古稀,容启亮仍在探索未知深空。他称,仍有很多问题没有答案。而答案的寻找,有赖一代代科研人员攀爬天梯的坚毅、手可摘星的勇气。在容启亮看来,航天事业“不只要一代一代地传承,还要一直有创新,要有带着兴趣去探索的能力”。

一路追星辰

年幼时,容启亮沉醉于摄影,床底是他冲洗照片的临时“暗房”。那时候的他还不知道,多年后他亲手制作的仪器将帮助拍摄出世界首张近距离月背影像图。

对于容启亮而言,进入航天科技领域颇有些意外。1976年,容启亮获得伦敦帝国理工学院的自动控制科学硕士学位,其后就职于英国多家工程企业。1989年,他与朋友合作研发“太空持崁钳”,这个工具被用于和平号太空站。自此,一个绚烂而神秘的深空图景在他眼前徐徐展开。

在工程领域,严谨、精密是关键词,航天工程则要求更高程度的严谨性与精密度。“航天对工程的要求很高,甚至可以说,航天对于工程来说是最终极的挑战。”容启亮表示。 

面对这个最终极的挑战,容启亮甘之如饴。这些年间,他参与了多个重磅航天项目。在太空持崁钳被带上太空站后,他接到了欧洲太空总署的“火星快车”任务,负责开发“岩芯取样器”,这成为了他进入深空探测的第一个切入点;其后,他参与了2011年中俄联合探索火星任务,研发“行星表土准备系统”;2013年,其团队花费两年时间研发的“相机指向系统”随嫦娥三号升空,六年后,该系统继续帮助嫦娥四号执行月球探测任务……

亲手研发的仪器第一次升空时是什么心情?容启亮告诉记者,可以用“患得患失”来形容,“因为你知道,去火星是十分不容易的,当年也不是有很多任务都成功,其实多数任务都失败了”。

放眼人类的宇宙征途,道路并非笔直,但这远不能阻挡人类的星辰梦想。容启亮称,研究航天科技的每一天都很有挑战感,但同时,于他而言也是一种享受。

满腔热忱之下,容启亮及其团队并没有止步于“相机指向系统”。在嫦娥五号探月任务中,他们继续研发出表取采样执行装置,协助完成月壤的采集与封装;落火状态监视相机则被用于我国首次火星探测任务天问一号。

个中艰辛不足与人道。容启亮表示,当博士生钻研深入到独有的领域,是没有人懂你做的东西的,而在一个只有你自己懂的东西里,就会变得很孤独。支撑走下去的,依然是简单的科研热情,“最重要的就是,你自己觉得感兴趣”。

沉醉航天事业三十余年,容启亮一路追星辰,不仅取得硕果累累,也成为了我国航天科技发展的重要见证者。如今,他被冠以“香江探月问天第一人”的美誉,实为当之无愧。

从浪漫到实用 

“我们小时候,就老是看着天空想,天空怎么会这么大呢?上面到底有什么东西?我们在这个宇宙里究竟是什么角色呢?我们是怎样来的?从哪里来,到哪里去的?”容启亮向记者回忆。他称,这些问题实在是引人入胜。

长大之后,他对宇宙的探索角度发生了变化。占据他心头的问题变成了航天中这么多星球究竟对我们有什么好处?我们能否利用航天发现不同星球的特性来造福人类?

这与港理工在航天科技的研究路径不谋而合。“开物成务,励学利民”,这既是港理工的校训,也是该校的科研侧重点。容启亮称,“港理工一向都是以实用为主,我们也做很多基础的研究。不过基础研究你做得差不多了,就要看看到底那些研究对我们人类有什么用处、好处。”

值得指出的是,目前为止,港理工仍是香港唯一拥有航天实战经验的高等院校。2021年,港理工成立“深空探测研究中心”,容启亮担任主任一职。

深空探测研究中心的设立目标十分明确,就是要为解决能源短缺(如开采月球氦-3能源)、减缓气候变化以及发现新的矿物和材料以改善生活提供重要的联系。

容启亮介绍,中心的成立可以帮助团队更加深入地研究月壤,“对港理工来说,我们不只是想看看月壤里有什么新物质、对天文的影响怎么样、月球的地质怎么样,我们还是想看看到底月壤里有哪些东西对地球有用。”

其实,科学家们大多相似,既希望在基础研究中寻找宇宙奥秘,也希望通过研究为人类谋求福祉。

近日,香港航天科研传来喜讯——中国嫦娥五号取回的月球样品,即将首次作为科研样品抵达香港,用于香港大学地球科学系博士后钱煜奇及团队的“嫦娥五号玄武岩挥发分火山学”研究。

据钱煜奇介绍,该项研究属于基础研究,不过与地球上人类的生活也有密切关系。他称,通过这项研究,可以帮助人们了解地球早期火山喷发的状态,了解到几十亿年前地球环境,还可以进一步认识火山成因的月球样品,帮助未来利用月球资源。

在采访中,容启亮多次向记者强调,“现在非常希望在这个(深空)空间,尤其是月壤以及国家将会带回来的很多来自不同星球的样品,我们能在里面找到一些真的对人类有帮助的东西。” 

漫漫征途,始于脚下。为了寻找真正对人类有帮助的东西,容启亮和无数个科学家仍在努力。

欲上青天揽明月

什么是航天科技?

容启亮向记者强调,航天科技并非单一领域,而是不同领域的结合。“很多人以为航天就只是天文,其实航天包括天文地理,以及很多不同的工程领域,甚至是管理、品质控制的领域。”

而在以上领域,香港有其优劣势。优势而言,高校人才是其一。“很多科技发展得好的湾区,都是由很多所大学支撑,而在粤港澳大湾区里,香港的大学占有一个很重要的地位,可以帮助大湾区发展更多有能力的人才。”容启亮表示。

除此,容启亮认为香港还具备科技实力,对待科技比较开放,容易和国际接轨。在他看来,香港除了作为传统的贸易、金融和对外窗口角色之外,在科研方面,香港也适合扮演一个在中国门口联络世界的中心角色。

去年,国家宣布正式展开第四批预备航天员选拔工作,并首次在香港特别行政区选拔载荷专家,引起社会广泛关注。香港特区行政长官李家超表示,这让香港市民有机会参与国家载人航天工程,体现了国家对香港科技界的高度重视和肯定,以及对香港作为国际创新科技中心的认同。

劣势而言,容启亮认为,“香港以前一向比较注重基础研究,比较注重天文,但是其它方面就没有(重视)。”在这个背景下,香港与内地的交流合作、资源互补显得更加重要。

其实,香港与内地围绕航天科技领域的合作早已开启。在2010年,港理工与中国空间技术研究院签订合作协议,共同建造“空间精密机械技术联合实验室”;去年,港理工与中国航天科技集团下属的航天推进技术研究院签署合作协议,共同成立先进空天推进技术联合研究中心 。

在容启亮看来,香港与内地的航天合作实乃相辅相成。一方面,香港团队可以为国家航天事业作出莫大贡献;另一方面,研发成就也反哺了香港的航天科技氛围,“使香港人对科技产生兴趣,拓宽了香港学生对航天的认知”。 

值得一提的是,在商业航天领域,香港也正在发力。比如,香港航天科技集团已于2021年5月启动香港卫星制造中心、香港测运控中心、香港卫星应用和数据中心、香港总装测试中心的总体建设规划,致力构建以香港为基础的商业航天产业生态链。

其实,无论是国有航天,还是商业航天,都是人类探索太空的重要阶梯。宇宙是如此渺茫,而人类是如此渺小。正如容启亮所言,还有很多问题没有答案,在寻找答案的道路上,“最重要的是,我们的研究能吸引很多人的兴趣,拉动很多人去研究这个事情,一直保持下去。不只要一代一代地传承,还要一直有创新,要有带着兴趣去探索的能力。”

欲上青天揽明月。一切都还在路上。

探索“哪些东西对地球有用”

《21世纪》:请问容教授,你是如何进入到航天科技领域的?很多年前,你参与研发的牙医钳被用于太空站,这是否就是你进入这个领域的起点?

容启亮:就香港来说,我们小时候是没机会参加航空事业的。等我从英国回来后,就很想把我所懂得的知识贡献给社会。同时我也觉得航天事业很有用,因为航天对工程的要求很高,甚至我们(可以)说,航天对于工程来说是最终极的挑战。

很幸运的是,我遇到了一个当牙医的好朋友,他研制了一个牙医钳,也很希望能把牙医钳带到太空去。最后改良了的牙医钳系统就给了俄罗斯,带去了那时候的空间站。

接着,就接到了欧洲太空总署的一个叫做“火星快车”的任务,前往火星,这个就变成了我们第一次深空探测的切入点。我们负责设计着陆器的磨石和采样,即钻进石头里采样,然后再(把样本)放到熔炉里进行分析。 

这个切入点十分不容易,因为设计的东西如果能够上天,要经过一个非常严谨的程序。在这个过程中我们学到了很多东西,因为你能让一个东西上天的话,那就证明你知道怎么样去验证航天仪器,否则没人敢放心交给你做。

《21世纪》:你是否还记得当时你的仪器第一次升空的心情?

容启亮:患得患失的心情。因为你知道,去火星是十分不容易的,当年也不是所有(航天)任务都成功,其实多数任务都失败了。 

《21世纪》:近日有报道称嫦娥五号取回的月球样品将会首次作为科研用样品来到香港,你对这个消息有何感受?

容启亮:这当然是一件好事,我们也会作准备。我们成立了深空探测研究中心,会有一个比较特别的仪器,可以更加深入地研究月壤,因为毕竟那些月壤的大部分表取方面工作都是由我们完成的。

我们比较贴地(务实),对香港理工大学来说,我们不只是想看看月壤里有什么新物质、对天文的影响怎么样、月球的地质怎么样,我们还是想看看到底月壤里有哪些东西对地球有用。 

《21世纪》:这么多年来,你参与了从“嫦娥”到“天问”的多个航天任务,这些年间,有哪些最激动人心或者最惊险的时刻?

容启亮:要发展一件航天仪器,不是直接给个航天仪器给你做,就能一直做到它能上天,是一个程序来的。(要)分开很多程序,每一个节点都需要评审,很多时候都会有并行研发,会有其它仪器和你竞争。那就导致了每一次评审、每一个节点都是一个挑战。所以每一次都很担心,希望真的能过了这关,过了这关又下一关,再接着下一关,等到发射(的时候)就更加(担心),睡也睡不着。

《21世纪》:研究航天科技的每一天都很有挑战感吗? 

容启亮:是的,这也是一种享受。

航天科技是不同领域的结合 

《21世纪》:这么多年来,你可以说见证并亲历香港航天科技的发展,你如何评价香港这个领域里所取得的进步?

容启亮:航天科技是很宽的领域。有很多人以为航天就只是天文,其实航天包括天文地理,以及很多不同的工程领域,甚至是管理、品质控制的领域。 

就香港来说,以前一向是比较注重基础研究,比较注重天文,但是其它方面就没有(重视)。我很高兴,通过国家,我们真的能去探索深空,建成太空站。这样至少能开阔香港人对航天的眼界。

《21世纪》:你曾说过宇宙很大,人类很渺小。对于普通人而言,太空真的是一个很遥远也很神秘的空间。能否请你和我们分享一下,探索深空的魅力是什么?

容启亮:我们小时候,就老是看着天空想,天空怎么会这么大呢?上面到底有什么东西?而且也会想,我们在这个宇宙里究竟是什么角色呢?以及我们是怎样来的?从哪里来到哪里去的?这些实在是很引人入胜的。

等到我们长大了以后,这样的想象力,就会慢慢消退,换来的是,航天中这么多星球究竟对我们有什么好处?我们能否利用航天(发现)不同星球里的特性、空间的特性和其他的物料特性,来造福人类呢?

《21世纪》:你刚才提到,香港理工研究比较务实,这个是否是香港理工大学整体的研究氛围?你在香港理工大学这么多年,你整体的工作感受如何?

容启亮:香港理工大学一向都是以实用为主,我们也做很多基础的研究。不过基础研究你做得差不多了,就要看看到底那些研究对我们人类有什么用处?有什么好处?

我相信最重要的是,你去研究之后所得到的知识,如何融会贯通,以及如何应用到我们的生活之中,这个是最重要的。我们也并不只是想着怎样用,我们要从源头做基础研究,然后一直带到运用方面。 

《21世纪》:如果我是你团队的一员,不知道你对我这个科研人员有些什么要求?

容启亮:科研是不能强迫的,最重要的就是,你自己觉得感兴趣,因为在做科研的过程中,尤其是我见过很多博士生,基本上你做到一定程度,是很闷的。为什么呢?因为你钻研到某一个程度,是没有人懂你做的东西的,这样你才有新的东西出来。在一个只有你自己懂的东西里,就会变得很孤独。

香港适合在科研领域扮演“超级联系人”

《21世纪》:据我了解,你们的团队和内地一直有很多合作。请问你如何看待香港在航天科技领域与内地特别是大湾区的合作机会?

容启亮:我们为国家做了很多事情,当然,我们也有收获,包括使香港人对科技产生兴趣,也拓宽了香港学生对航天的认知。

就大湾区来说,很多大湾区城市(对深空探测)有兴趣,也希望我们能够过去,加强它们基础研究的实力。你可以看到,(世界上)很多科技发展得好的湾区,它们都是由很多所大学去支撑。而香港的大学在(粤港澳)大湾区来讲,实在是占有一个很重要的地位,它可以帮大湾区发展更多有能力的人才。

《21世纪》:除了大学人才方面,香港在航天科技方面还有哪些特别优势?

容启亮:我们的优势除了科技(实力)之外,在科技上我们也比较开放,比较容易和外国接轨。无论是在历史方面,(还是在)我们的想法方面。

香港是一个很好的(地点),除了我们以前一贯的贸易金融的大门和对外窗口角色,在科研方面,香港也适合扮演一个在中国门口联络世界的中心(角色),所以香港的大学,也很有能力占据这个中心的重要地位。 

《21世纪》:谢谢你的分享,我还有最后一个问题。你曾经说有很多问题都还没有答案,能否和我们分享一下,你现在还在思考哪些问题,期待着什么答案?

容启亮:现在非常希望在这个(深空)空间,尤其是月壤以及国家将会带回来的很多来自不同星球的样品,我们可以在里面找到一些真的对人类有帮助的东西。最重要的是,这样的研究能吸引很多人的兴趣,拉动很多人去研究这个事情,一直保持下去。

《21世纪》:一代一代地传承?

容启亮:不只要一代一代地传承,还要一直有创新,要有带着兴趣去探索的能力。

(实习生董绍敏、曹咏仪、郑轶腾、段能燕对本文亦有贡献)

策划:于晓娜

记者:何柳颖

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视频配音:实习生黄楚戈

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