港產「天韻相機」進駐天宮 黎家盈太空接力監測溫室氣體

本報訊 今年五月，香港載荷專家黎家盈隨神舟二十三號載人飛船升空，成為首位進入太空的港人，寫下香港航天史新一頁。九月九日，由香港特區政府、澳門特區政府及中國載人航天工程辦公室共同主辦的「天宮課堂·港澳專場」太空授課活動，在黎家盈母校荃灣公立何傳耀紀念中學舉行。神舟二十三號乘組包括黎家盈在內，向港澳學生講解及示範科學實驗，讓港澳青少年近距離感受太空特殊環境與空間科學技術的魅力。由科研人員在幕後攻克難關，到航天員在軌執行任務，香港在國家航天事業中的角色，已由過往的參與支援，躍升至核心執行層。值得留意的是，由香港科技大學牽頭研製的「太空慧眼」——「天韻相機」，已成功進駐中國「天宮」空間站。今期《港TECH TALK》請來「天韻相機」項目負責人之一、香港科技大學土木及環境工程學系講座教授兼「傑出創科學人」、太空科學與技術研究院院長、星睿雲智創始人兼董事長蘇慧，剖析「天韻相機」的研發歷程與運作原理。

「天韻相機」究竟有何本領？出艙安裝如何完成？每日可拍攝多少圖像？黎家盈在太空站又會負責哪些具體操作？欲知更多，請看下文。

【「太空慧眼」如何為地球做「CT」？】

香港科研力量長期是國家航天工程不可或缺的一環。港產「天韻相機」是全球首款兼具輕小型、高分辨率和高精度的溫室氣體探測儀，能從太空精準監測發電廠、堆填區等重點排放設施的二氧化碳及甲烷濃度。更受關注的是，團隊由提出構想、設計到完成，前後僅約兩年，刷新外界對「香港速度」的認知，也為本港高校項目研發立下里程碑。

「天韻相機」名字充滿詩意，背負的科學任務卻舉足輕重。蘇慧教授介紹，它如同安裝在四百公里高空的「太空之眼」，專門對全球中低緯度地區的溫室氣體排放進行精準測量，並將數據傳回地面。它不但要測出二氧化碳和甲烷的排放量，還要定位「誰在排」、「哪裏排得最多」。這台儀器的獨特之處，在於具備百米級空間分辨率。過去衛星數據往往只能覆蓋數公里範圍的平均值，但「天韻相機」把觀測尺度壓縮至一百米，在此精度下，一個排氣口與旁邊另一個煙囪的排放信號可被清晰剝離，真正做到「指哪打哪」。

這些數據的價值遠不止於科學研究。蘇慧教授舉例，煤氣公司在生產和運輸過程中，儀器能協助檢測泄漏，從而發現異常，及早檢修。除為企業排查風險，「天韻相機」的主要職責，還在於為國家實現雙碳目標（碳達峰、碳中和）提供更自主可控的數據支撐，同時服務企業減排監測，並為港交所正在發展的碳交易市場提供精準的碳信用額度定價理據，為全球氣候治理貢獻香港力量。可以說，這隻「太空之眼」不僅望向蒼穹，更為地球可持續發展做實時「CT」，點源溯源、對症下藥。

【兩年攻堅 突破的「0.2納米」大關】

從項目立項到「太空慧眼」隨飛船升空，完成在軌組裝檢測，耗時僅約兩年。這份「香港速度」令人驚嘆，其數據抓取精度之高亦開創先河。但在蘇慧教授看來，速度與精度的背後，是一場與物理極限的攻堅較量。

蘇慧教授解釋，儀器上的四個鏡頭分別對應二氧化碳、甲烷、氧氣和氣溶膠探測，其中二氧化碳和甲烷是核心探測目標。這兩種溫室氣體會在短波紅外的特定波段吸收太陽光，導致光強減弱——科學家正是通過測量這種光強的細微變化，反推出氣體濃度。關鍵在於，這種光強變化發生在極窄的光譜範圍內，團隊須將光線分割到零點二納米的譜線寬度上，才能觀測到其波動。零點二納米是甚麼概念？大約相當於兩個氧原子直徑的大小。

要實現如此精細的分光，團隊採用了法布里－珀羅分光干涉儀——由兩片極度平行的玻璃板組成，光線在兩片玻璃板間不斷反射，只有特定波長的光才能穿透出來。而這套系統的成敗，完全取決於玻璃板的工藝精度。蘇慧打了個比方：「這兩片鏡子不僅要平行，表面還要特別平。平整度要求有多高？相當於一個足球場那麼大的面積上，整個平面內的高度差不能超過一根頭髮絲的直徑。」這樣的製造標準，在國家層面也是首次嘗試。

研製過程並非一帆風順。蘇慧教授說，團隊與合作方最初做出來的樣品，光譜分辨率約為零點四至零點五納米，距離零點二納米的目標仍有明顯差距。「我們花了大約四、五個月時間，不斷攻堅、試錯、修改工藝，最後才把這個儀器做出來。」

按照設計，「天韻相機」的壽命為兩年，但蘇慧教授透露，兩年後掛點或不會被徵用，儀器將繼續服役。而長遠計劃現亦已有雛形——目前，單台儀器每三日才能重回同一地點觀測一次，頻次有限，團隊正與多方探討將同類技術移植到衛星平台，通過多星組網實現更高頻次的溫室氣體監測。換言之，「天韻相機」只是起點，未來香港有機會在太空建立更密集的環境監測網絡。

【從研發到天宮「服役」 黎家盈的「太空接力」】

儀器研發成功，只是征途的上半場。如何將其安全送上空間站並順利運轉，還需要航天員的「太空接力」，這其中，黎家盈博士承擔了關鍵任務。蘇慧教授介紹，天韻相機安裝在夢天實驗艙的外部專用掛點上，這項出艙安裝與檢測任務正是由黎家盈及其隊友共同完成。他們利用機械臂將儀器從氣閘艙轉移至艙外掛點，並確保各項連接與功能正常。

那麼，黎家盈是否每天都要在天上操作這台相機？蘇慧表示，儀器一旦部署完畢，日常拍攝和數據傳輸全部轉為自動化運行，科研團隊每日從地面上傳指令，選擇目標區域，相機便會自動拍攝十幾軌圖像，數據經由北京地面站接收後，再傳回香港科技大學，由其團隊進行解析。只有當出現溫度異常或數據中斷等突發狀況時，黎家盈才需介入檢修。

如今，「天韻相機」收集的「一手數據」正轉化為碳排放監測、碳交易定價乃至全球可持續發展的「體檢報告」。正如立法會議員邱達根所言：「我們非常自豪能夠有港產的『天韻相機』放到太空站，讓香港也能分享這方面的機遇，做出更多檢測與研究。」星辰大海的征途才剛剛開始，而香港科創的太空故事，也遠未結束。