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[探索] 要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远

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宫野玉子 发表于 2021-1-3 12:51:39 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
2020年7月30日，美国的毅力号火星车发射升空，标志着这一个火星探测窗口期的人类三大火星探测任务全部展开。根据计划，毅力号火星车将在今年2月抵达火星，并择机着陆，展开新一轮的火星探索。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第1张图片

火星采样

尽管美国已经发射过多个火星车了，但这一次的火星探测任务依然备受关注，因为它将要展开一次新的尝试，那就是实现人类历史上首次火星表面采样返回计划。在我国嫦娥5号成功带回了最近四十几年的第一份月壤之后，美国这一雄心壮志颇有再次彰显美国航天实力的味道。

当然，这也是美国探索火星的正常计划，其制定也与嫦娥5号的无限风光没有什么直接关联。实际上，早在毅力号火星车升空时的科普文章中，我们就介绍过 NASA的这个大胆计划。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第2张图片


尽管人类在历史上已经多次实现了月球采样，但这并不意味着火星采样已经驾轻就熟。实际上，即便对于美国以及由美国航天局以及欧洲航天局两大航天机构合作的这次火星探测任务来说，火星采样的难度，仍然非常大。
火星采样，困难重重

其实稍微动脑想想就知道，火星采样难度要比月球采样高得多，否则美国和苏联也不至于在50年前就实现月球采样的情况下，迟迟不开展火星采样的计划。那么，火星表面采样，难度到底在哪里呢？

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第3张图片

    首先，火星的引力比月球大，大概相当于后者的2倍，因此在采样之后将样品带回来需要更多的燃料；其次，火星和地球的距离很远，最近的时候也有5500万公里以上，即使是光速，往返也需要至少6分钟的时间，这对于地面技术人员的操作来说也相当具有挑战性；火星探测任务需要火箭携带更多的燃料，才能跨越数亿公里的路程，将火星探测器送上火星轨道。这个过程中，任何任务和我们刚才提到的困难都将进一步增加探测器的重量，并大幅提升对火箭携带燃料的需求。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第4张图片


正因如此，即使是今天的毅力号火星车，也无法独自完成这个艰难的任务。虽然它承载着火星表面采样的任务，但它也只是一个先锋。
毅力号火星车

从毅力号火星车的图片中，我们可以明显地看到一个巨大的机械臂，这就是专门用来采样的部分。从外形上看，这个机械臂和我们平时见到的挖掘机挖钩挺像的，但它的内部构造要复杂得多。据介绍，这个机械臂内部装有7个电机、9个钻头以及行星X射线岩石化学分析仪（PIXL）等设备。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第5张图片


在采样任务中，毅力号会首先利用PIXL对地表及下方的结构进行探测，选择合适的位置开始采样。接下来，9个钻头就会开始工作，钻取火星表面以下的土壤。

然后，它会将这些样本转移到传送转盘（Bit Carousel）上。这个转盘有3000多个部件，非常精密，可以对采集到的样本进行检验，如果合格将会进行封存。毅力号火星车上配有42个样品管来盛放样品，最终集中在一起。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第6张图片


由于这个任务难度已经如此之高，毅力号火星车已经不足以独自完成这个任务。因此，美国宇航局不得不在未来执行另一次火星探测任务，将采集到的样本带回地球。这个任务，就是火星样本返回（MSR）计划。
火星样本返回

根据计划，NASA的下一个任务包括一个样本回收着陆器（SRL）、一个样本采集漫游车（SFR）、一个火星上升飞行器（MAV）和一个地球返回轨道器（ERO）。简单来说，这个任务的流程和嫦娥5号一样，由SRL和SFR着陆，取回保存在毅力号火星车上的火星土壤样本，然后利用MAV从火星发射升空，通过ERO带回地球。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第7张图片


同样的，新的任务也是由美国宇航局和欧洲航天局合作完成的，其中前者负责研制着陆器、上升器以及轨道器所使用的返回系统，后者则负责开发轨道器硬件、漫游车以及着陆器的机械臂。

根据计划，火星采样计划的第二部分将在2025年之后发射升空，大约在30年代初将火星样本带回地球。
火星表面采样的意义


要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第8张图片

（图片说明：火星表面取样任务全程示意图）

首先，火星表面采样的任务对于我们了解这颗星球的表面环境具有重要意义。对于人类来说，将火星开发为第二家园几乎是势在必行，NASA也有意在30年代执行载人登陆火星的任务。因此，提前了解火星环境，确保宇航员能够安全、顺利地完成火星任务。而且，这次任务也可以验证火星表明发射的一些技术参数，这对于未来的任务都是重要的铺垫。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第9张图片


此外，和月表采样类似，火星土壤样本对于我们了解这颗星球的演化历史甚至是整个太阳系的发展历程，也都具有重要的参考价值。火星车所能携带的科学仪器毕竟非常有限，如果能把这些样本带回地球，可以供科学家更加全面地了解、分析，获得更多关于火星的重要信息。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第10张图片


2021年开启了21世纪的第三个十年，这也是人类航天事业的一个新十年。在这个十年里，NASA不仅要执行火星表面采样计划，还要再现载人登月的壮举，万众期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜也将发射升空，有可能还要执行木卫二、土卫六的外星宜居环境甚至是外星生命的探索。

诚然，NASA的火星表面采样要更胜于我们的嫦娥5号，但这样的竞争并不是坏事，这不仅仅可以给我们未来的航天事业提供借鉴，也可以促使我国航天事业继续加速发展。

要压嫦娥5号势头？美国宣布火星采样返回计划，实施时间有点远 第11张图片


相信在这个10年，我国的航天事业也将迎来新的突破。天宫二号的建设、嫦娥六号任务的开展、天问一号的火星探索……我国的航天事业势必在这10年翻开新的篇章，甚至有可能将目标锁定在星辰大海，探索太阳系其他行星。相信这一天，不会太远。

相关阅读：40亿年前的火星，曾经遍布江河湖海，科学家绘制远古火星地图


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