理大自主研發低軌衛星載荷成功發射 精準定位助自動駕駛無人機

香港理工大學（理大）一直深耕航天科技領域，取得多項原創性研究成果。理大航空及民航工程學系研發的全港首個低軌通信導航一體衛星載荷「LEO CNAV」，最近成功搭載馭星三號 05 衛星（又名「科創一號」），在甘肅酒泉衛星發射中心發射升空，將開展在軌測試，標誌着理大在衛星技術與航天應用領域邁出歷史性一步。今年為國家規劃發展的重要時期，國家正加速以科技創新培育新質生產力，為航天科技及相關產業帶來龐大發展空間；香港特別行政區政府亦推動航天科技發展，支持太空經濟。理大此研發突破展現本港航天科技自主研發的領先地位，亦為智慧城市、低空經濟等領域發展注入新動力。

理大航空及民航工程學系研發的全港首個低軌通信導航一體衛星載荷「LEO CNAV」成功發射升空，將開展在軌測試。研究團隊由該系航空工程講座教授溫志湧教授帶領，助理教授徐兵教授（右）及助理教授（研究）王天奇博士（左）分別擔任衛星載荷設計師及系統集成與測試負責人。

系統集成與測試負責人、理大航空及民航工程學系助理教授（研究）王天奇博士表示：「LEO CNAV 從概念設計、研發測試到在軌運行，均由理大團隊全程自主完成，開創本港高校獨立研發衛星載荷的先河。這次經驗讓團隊完整掌握載荷開發流程，為日後研製更先進的系統打下堅實基礎。」

LEO CNAV具備四大技術優勢——功能整合、精準定位、低成本部署及廣泛應用潛力——為未來智慧城市基建提供全方位支援。

LEO CNAV 具備四大技術優勢——功能整合、精準定位、低成本部署及廣泛應用潛力——為未來智慧城市基建提供全方位支援。功能整合方面，傳統上，通信與導航依賴兩套獨立系統分別運作；LEO CNAV 打破這一局限，在單一平台上同時提供通信、導航及校時服務，用戶未來只需一部接收設備，即可同時獲取兩種功能，大幅簡化系統設計。該突破性研發早前更在第 51 屆日內瓦國際發明展榮獲金獎，得到國際認可；同時，研發團隊已就相關核心技術提交專利申請。

LEO CNAV具備四大技術優勢——功能整合、精準定位、低成本部署及廣泛應用潛力——為未來智慧城市基建提供全方位支援。

定位方面，LEO CNAV 可配合 GPS 等現有的全球導航衛星系統（GNSS），能提升定位系統在高樓密集的城市環境下的精度。傳統 GPS 衛星距離地球約兩萬公里，信號較弱，容易受到干擾或「欺騙攻擊」，對自動駕駛及無人機構成安全隱患；而 LEO CNAV 運行於僅數百公里外的低軌道，信號更強，加上團隊自主設計的獨特信號方案，有效抵禦干擾與欺騙，為智慧交通等應用提供精準導航信息。

在設計上，LEO CNAV 充分考慮商業航天需求。載荷運行功耗僅約 23 瓦，低於一般手機充電功率，且體積小巧，可搭載於納米衛星等小型平台。模組化設計便於在不同商業衛星「搭便車」，僅需約 30 瓦電力及基本接口即可部署。團隊並採用商用現成元件和硬件控制成本，大幅降低發射成本，為未來大規模組網奠定基礎。

LEO CNAV 為定位及導航技術帶來嶄新突破，可廣泛應用於智慧城市與低空經濟，包括支援自動駕駛車輛實現車道級定位、為無人機物流及城市空中交通提供精準導航，以及應用於城市基礎設施監測及應急調度。衛星載荷設計師、理大航空及民航工程學系助理教授徐兵教授指：「低軌導航和天地融合通導一體化，是未來全球空間信息基礎設施的演進方向。我們希望透過 LEO CNAV 的技術積累，長遠而言可支撐物聯網互聯及 6G 天地融合網絡部署，助力大灣區打造世界級智慧城市群。」

「LEO CNAV」搭載馭星三號05衛星」，在3月16日於甘肅酒泉衛星發射中心發射升空。該載荷從概念設計、研發測試到在軌運行，均由理大團隊全程自主完成

展望未來，團隊計劃發射更多搭載 LEO CNAV 的衛星，逐步組建低軌星座網絡，支撐智慧交通升級。項目負責人、理大航空及民航工程學系航空工程講座教授溫志湧教授表示：「LEO CNAV 升空標誌理大邁入新里程。我們將持續深化航天科技創新，培育人才並拓展國際合作，為香港商用航天事業及大灣區科技發展貢獻力量。」

在推動航天研發的同時，理大亦致力培育專才。今年，理大開辦全港首個「衛星工程理學碩士」課程，涵蓋衛星軌道動力學、航天器系統、載荷設計及新太空經濟等範疇，為本港及國際航天發展培育新一代專業人才。

機械加工，包括材料的精確切割及成形，是製造業的核心工序，隨着具備極高強度及硬度的先進材料獲廣泛採用，傳統技術漸漸難以達到所需的精密度。香港理工大學研究團隊研發了一項突破性機械加工技術，在金剛石切削過程中耦合原位激光與磁場，提升切削流暢度與加工表面精度，同時減輕材料的亞表面損傷及降低刀具磨耗。此項雙場技術展現了超越其他現有能量場輔助切削技術的卓越效能，有望在更多難加工新型先進材料上實現超精密加工。

由理大工業及系統工程學系教授及超精密加工技術全國重點實驗室副主任杜雪教授與其研究團隊獨創的多能量場耦合輔助超精密加工技術，名為「原位激光－磁場雙場輔助金剛石切削」（LMDFDC）。相關研究成果已刊登於國際期刊《國際極限製造雜誌》（International Journal of Extreme Manufacturing）。

理大研發激光與磁場雙場輔助金剛石切削技術。理大圖片

原位場加工是指在機械加工過程中，將激光或磁場等外部能量場，同步直接施加於切削區域。現有的能量場輔助技術均存在一定局限，例如激光場雖能軟化硬脆材料，令其更易被切削，卻有機會因過熱導致材料熔融損傷；磁場可減小切削阻力、強化散熱以令切削過程更順暢，但其效果在不同材料間表現不穩定，且無法避免在高性能材料（如高熵合金）中因硬質顆粒脫落而造成表面劃痕。

LMDFDC通過結合激光及磁場，令兩者優點得以協同發揮，同時克服各自不足。研究團隊在高熵合金工件上，分別採用新技術和另外三種加工方式以進行比較，包括僅激光切削、僅磁場切削及無任何外場切削。他們利用了一系列先進分析工具，從表面形貌特徵、亞表面演化規律，乃至原子尺度的結構特性等多個層面，觀察材料的變化。

理大杜雪教授與其研究團隊。理大圖片

結果顯示，在「熱—磁—機械」多物理協同作用下，LMDFDC將加工性能提升至單一能量場無法達到的精度程度。具體而言，技術通過磁場增強熱傳導，抑制激光引起的熱損傷，同時利用激光軟化硬顆粒以避免劃痕，並提升切削穩定性，從而令完成品表面更平滑、亞表面損傷更少。雙場耦合效應還防止了因嚴重摩擦導致的刀具邊緣積屑，以及高溫引致的刀具快速損耗，顯著降低刀具磨損，延長其使用壽命。

走在先進製造技術研究的最前沿，杜雪教授在2017年帶領團隊首次提出磁場輔助金剛石切削技術，提升了難加工材料的可製造性。她表示：「隨着時代發展，單一能量場輔助加工技術越來越不足以應付新型高性能材料的超精密加工，尤其是新興的高熵合金。這種金屬材料兼具優異的強度與穩定性，在先進工程應用上具高度吸引力，特別於航天、能源等高端領域發展潛力龐大。LMDFDC正為這類新材料的加工帶來了技術突破，更開闢了超精密製造技術的嶄新發展路徑。」

理大杜雪教授。理大圖片

除了引入這項變革性的雙場輔助加工技術， 研究亦探究了當雙場同時被應用時，材料產生的反應、其內部發生的變化，以及這些變化帶來的具體效能提升。這深化了學術界對材料變化背後的科學原理及機制的理解，填補了多能量場加工領域中的知識缺口，對未來因應不同先進材料作技術設計具關鍵意義。

杜教授補充：「這項研究是首次全面探究激光與磁場在超精密加工中，如何產生協同效應，以及其與單一場效應有何不同。研究成果對於推動與多物理場加工理論相關的前沿學術發展，以及發掘創新加工技術帶來了重要貢獻。」

研究團隊目前正對這項創新技術進行專利申請，並計劃未來探索更多不同能量場的協同組合，為新一代高性能材料的製造提供更豐富且可靠的技術途徑。

此項研究獲得國家自然科學基金委員會的「面上項目」，以及香港特別行政區政府研究資助局的「優配研究金」和創新科技署創新及科技基金的「內地與香港科技合作資助計劃」資助。