【教評 航天教室】「天韻相機」捕捉「光譜指紋」 助達成雙碳目標
「身為香港人，能夠將空間站的第一台香港科學載荷送出艙外，我感到特別的榮幸和開心。『天韻相機』是全球首款輕小型、二氧化碳甲烷協同探測儀……」
2026年9月9日，在備受矚目的「天宮課堂·港澳專場」天地連線中，畫面切換至距離地球約四百公里的「天宮」空間站。香港首位載荷專家黎家盈博士與神舟二十三號隊友身穿航天服，用親切的廣東話向地面學生介紹『天韻相機』，全港多所中小學的師生及市民皆透過直播屏息注視。
「「天韻相機」」是7月由黎家盈與隊友親手組裝、並安裝於夢天實驗艙外壁的港產科研載荷。頂尖的港產科研儀器與本港首位載荷專家雙雙進駐「天宮」，共同完成了中國空間站第一次對地觀測項目，標誌着香港科研正式實現「香港研製、香港操作、太空應用」的歷史性跨越。這台相機每天注視的並非深空星系，而是我們身處的地球。
近年全球氣候變化加劇，二氧化碳與甲烷等溫室氣體的過量排放是核心元兇。當中，甲烷在大氣中的含量雖不及二氧化碳，但短期的溫室效應破壞力卻比二氧化碳高出數十倍。雖然各國有統計碳排放，但傳統地面監測站點數量有限且分布不均。舉例而言，若要準確掌握整座大球場的實時溫度分布，僅在數個角落放置溫度計難窺全貌，但四處密布亦不切實際。同樣地，單憑有限的地面監測網絡，科學界實在難以精確掌握大範圍、跨地域的碳排放動態。
既然地面視野受限，科學家決定將目光投向太空。在此構想下，香港科技大學太空科學與技術研究院院長率領跨學科團隊，展開「天韻相機」的研發工程。國際上研製同類型的高精度太空載荷需時八年至十年，但科大團隊展現出勇於突破的魄力，在短短兩年內完成了從設計、零部件打磨到通過熱真空與高頻振動等嚴苛測試的全過程，創下港產航天設備的研製紀錄。
克服多重難關 實現穩定運行
要把精密科學儀器送上太空並穩定運行，團隊必須克服多重嚴峻難關。
首先是極致的輕量化設計，發射載荷受嚴格重量與體積限制，團隊成功將整台相機的重量控制在80公斤以下，體積小於一部家用洗衣機，大幅節省空間站寶貴的載荷空間與能源。
其次是超高速下的動態抗模糊問題。中國空間站以每秒約7.7公里（時速近28,000公里）極速飛行，要在這種速度下俯瞰地球，猶如在高速行駛的高鐵上拍攝窗外的一隻小鳥。為此，團隊開發出動態補償演算法和高速感測系統，如同配備了最高標準的「超強防手震」機制，確保在極速移動下仍能清晰拍攝地面的點源影像。
此外，太空中嚴酷的極端環境亦是巨大考驗。空間站每隔約一個半小時經歷一次日夜交替，溫差可高達攝氏兩百度。為了適應劇烈的溫度變化，「天韻相機」內部配備了極為完善的溫控系統；同時具備的充分數據緩存能力，配合近實時的上下傳輸通道，為在軌的優化運作提供了強而有力的保障。
「天韻相機」的運作基於物理學中的光譜吸收原理。當太陽光穿過大氣層照射地面並反射回太空時，二氧化碳與甲烷會吸收特定波長的光線，留下獨一無二的「光譜指紋」。相機內置四個超高靈敏度感應器捕捉這些微弱訊號，利用數學模型與物理公式反向推算出二氧化碳或甲烷的精確濃度，再結合風向、風速等氣象資料反推實際排放源頭，因而被形象地稱為身處太空的「碳排放偵探」。
「天韻相機」的觀測範圍涵蓋地球大部分陸地與海洋的低至中緯度地區，為不同區域提供一致且具高度可比性的監測數據。這台儀器已具備監測全國絕大部分大型煤電廠與主要碳排放源的能力，為國家推進「碳達峰、碳中和」目標及全球可持續發展提供客觀的科學依據。科大校園內亦設有專屬的地面接收站，讓本港科研人員能實時追蹤這顆「太空之眼」的運作狀態並下載數據。
回顧過去十多年，從香港理工大學團隊為探月工程研發關鍵設備，到科大發射「雄彬一號」及香港中文大學發射「港中大一號」衛星，香港的科研實力一直在國家航天任務中發揮實際作用。
「天韻相機」的成功，則標誌着香港航天發展完成了從在地研發到太空應用的歷史性跨越。從理論構想到安裝在空間站運行的高精度載荷，「太空之眼」正持續從軌道傳回珍貴的氣候數據，展現了香港作為國際創科中心，在國家航天事業及全球減碳工作中所貢獻的力量。
●鄭俊傑校長（中華基督教會基全小學） 教育評議會增選委員
