科大研發全球首台高解析度溫室氣體探測儀　於太空站投入運作

科大一部輕巧儀器，成就追蹤溫室氣體一大突破。

天舟十號貨運飛船於 5 月 11 日成功與天宮太空站對接，將一台劃時代的科學儀器送抵太空。這台由香港科技大學（科大）工學院科研人員主導研發的協同探測儀，集輕小型、高解析度、高精準度於一身，專門用以監測二氧化碳及甲烷的排放源頭。

這台多光譜成像碳探測儀器名為天韻相機（英文簡稱 MUSICO），是香港史上首個進駐國家太空站的科學載荷，意義深遠。

填補碳核查的重要缺口

（左起）項目聯合領導人蘇慧教授、張利民教授及系統工程師翟成興教授，在記者會上展示 1:1 大小的天韻相機模型。

天韻相機是由土木及環境工程學系講座教授兼「傑出創科學人」蘇慧教授，以及「國家卓越工程師」兼土木及環境工程學系系主任張利民教授帶領研發，致力填補現行溫室氣體排放監測體系中的重要缺口。

蘇教授指出：「氣候變化的相關災害日趨嚴峻，已經引起全球高度關注。根據《巴黎協定》，全球必須每五年進行一次碳排放盤點。然而，時至今日，我們仍然缺乏一套可靠的碳排放監測、報告及核查系統。」

「我們所研發的天韻相機借助衛星技術，以高時間及空間分辨率持續監察溫室氣體濃度，提供精準且高頻的數據。這將有助驗證碳信用額，最終加快推動國際碳交易。」蘇教授解釋道。

全球首創的特殊探測儀

天韻相機在距離地面四百公里的軌道上，圍繞地球執行為期兩年的任務，負責監測廣闊緯度範圍內密集的工業活動，涵蓋國內逾 99.6% 燃煤發電廠的二氧化碳排放及 99.9% 煤礦的甲烷排放。


天韻相機量度並分析陽光穿越大氣層、經地表反射後，被各種氣體吸收及散射的光譜數據。

現有衛星觀測儀往往受體積所限，難以同時兼顧影像解析度及多參數同步觀測能力，天韻相機針對這項技術挑戰，提供了尖端的解決方案。有如一台「太空相機」，天韻配備四個先進光譜儀同步運作，能同時探測二氧化碳、甲烷、氧氣及氣溶膠。二氧化碳和甲烷是全球暖化的主要溫室氣體元兇，而同時收集氧氣及氣溶膠數據則可作為參考，進一步提升二氧化碳及甲烷數據測量的精準度。


天韻相機配備四個先進光學鏡頭，從外太空同時偵測二氧化碳、甲烷、氧氣及氣溶膠，屬全球首創的同類觀測儀。

整套鏡頭及感應器全數集於這台僅 60 厘米長、50 厘米闊、60 厘米高的裝置之中，體積比家用洗衣機還要細小輕巧，重量少於 80 公斤，令天韻相機成為名副其實的輕型太空載荷。

這種精巧設計是專門針對太空運載量限制而度身訂造的。考慮到天舟十號貨飛船要承載七百公斤推進劑及 6.2 噸物資，研發團隊深明每一克載荷都舉足輕重，精小化設計有絕對的好處。


天韻相機是一台輕型太空載荷，重量少於 80 公斤，體積比家用洗衣機更小。

細小、精準、完美像素

「在嚴格的體積及重量限制下，要同時達到高水平的光譜及空間解析度，以及進行多種氣體的協同監測，實在是我們面對的重大挑戰。」蘇教授分享道。

「此外，太空站以每秒 7.7 公里速率環繞地球運行，比地面的高速鐵路快約百倍。要在如此高速率下捕捉清晰且精準的影像，難度極高。」

葉玉如教授（中）在天韻相機發佈記者會上致辭時表示，科大有幸參與國家太空站的科學任務，深感榮幸。

為了克服上述挑戰，她的團隊與中國科學院長春光學精密機械與物理研究所合作，共同研發出一個高精準兼可轉向的穩定平台，確保天韻相機能進行極度穩定的氣體追蹤監測。研發最終取得卓越成效，天韻相機現已達到約 0.2 納米的光譜解析度及 100 米的空間分辨率，整體表現領先國際水平。

蘇教授強調說：「這種高水平的精細度讓儀器能聚焦於特定的排放源頭，例如單個發電廠、煤礦、堆填區等，並非只提供大範圍區域的平均數據。」


科大科研團隊包括蘇慧教授（前排右三）、翟成興教授（後排右一）及博士生潘飛（後排右二），與長春光學精密機械與物理研究所攜手合作，共同研發出天韻相機。

國家壯舉，香港驕傲

整個研發項目始於2023年底，源於國家載人航天工程代表團訪問科大。憑藉兩地緊密無間的合作，天韻相機從概念構思到投入運作僅需兩年時間——科大團隊發揮其高光譜氣體偵測的技術專長，設計裝置的技術框架；另一邊廂，長春光學精密機械與物理研究所運用其高超先進的製造技術來建構硬件；整個項目由中國科學院空間應用工程與技術中心統籌管理並落實執行。

項目聯合領導人張教授表示，今次多方合作展現出協同效應，充分體現香港特別行政區在國家太空探索任務中日趨活躍的角色。

「這是首次有香港科研團隊在太空研究項目中擔任領軍角色，天韻相機樹立了一個重要的里程碑，足證香港有能力在太空探索領域作出重要貢獻。」張教授強調說。


科大科研團隊（左）親赴海南文昌市，見證長征七號火箭搭載天舟十號貨運飛船（右）升空。

2026 年 5 月 11 日，科大團隊親赴海南文昌市見證歷史時刻，共 70 位科大教員、學生和校友一同見證長征七號運載火箭搭載天舟十號貨運飛船升空，天韻相機正是其中一項載荷。

值得一提的是，天韻相機送抵太空站後，由香港史上首位載荷專家黎家盈博士親自操作，是其太空任務其中一項重要職責，為香港再添一份榮耀。地面設有專屬追蹤顯示板，實時顯示天韻相機及科大—雄彬一號衛星的軌道位置，後者是大學於 2023 年發射的高解析度光學衛星。


顯示板展示天韻相機及科大—雄彬一號衛星在太空的實時位置。

推進全球氣候管治

天韻相機的升空只是另一重要階段的開端，裝置收集得來的數據將傳送回地球，由科大團隊進行分析，並與政府相關部門及科研機構共享，用於全球研究及應用。

張教授對天韻相機的數據應用充滿信心，將為温室氣體減排提供堅實的基礎：「天韻相機確立了一個良好的典範，說明科大的科研實力不僅能服務國家戰略，也可為全球氣候管治作出切實的貢獻。」


70 位科大社群成員與 38 位香港高中學生前往海南文昌市，見證長征七號火箭成功升空，慶祝天韻相機正式開展任務。

讓火箭科學走入大眾

這項史無前例的載荷任務為香港太空科學發展注入強大動力，寫下新的里程碑，加上香港誕生首位本地太空人，吸引媒體廣泛報道，掀起全城一片太空熱潮。蘇教授近日在香港太空館舉行的公眾講座座無虛席，深入淺出地拆解天韻相機背後的科學原理，將艱澀的「火箭科學」轉化為大眾易於理解的知識，滿足公眾對太空科學的好奇。

展望將來，團隊期望將此項技術成果拓展至更廣泛的應用領域。蘇教授解釋道：「將載荷體積及重量壓縮至最小本來是我們要克服的一大挑戰，豈料不經意地開闢了商業應用的新方向，輕型裝置能有效降低發射成本，並提高大規模量產的可行性。」

「長遠而言，我們期望部署一系列的天韻裝置，建立全方位覆蓋的軌道觀測網絡，以前所未有的規模持續監測地球的溫室氣體排放。」

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