从火星拿块石头回地球

发布者：工程    发布时间： 2024-06-18 08:43:38

  欧洲的地球返回轨道器必须跟踪并圈住正在运行的样本球 图片来自：ESA/ATG MEDIALAB

  十年内，一个飞盘状的小型太空囊将坠落在犹他州的沙漠里。在减震器重重保护下，装载着0.5千克珍贵的火星岩石样本并带回地面。这个多年来都只是空想的火星样本回收计划（MSR），如今已是美国宇航局（NASA）和欧洲航天局（ESA）价值70亿美元的合作项目。 谈及该计划， NASA喷射推进实验室MSR项目的首席策划师Brian Muirhead认为“其复杂程度就如同人类登月”。

  如今，MSR有望变为现实。类似“好奇号”的火星车性能愈加优越，然而其装载的移动实验室依然无法和地球上的工具相提并论。届时收集的火星样本将会和阿波罗月岩样本一样成为人类历史的宝藏。科学家可以从中得知温暖湿润的火星为何变得寒冷干燥，幸运的话还可能发现生命存在的证据。“这必定是太空探索中最伟大的任务之一。”伦敦大学学院太空科学家Andrew Coates表示。

  ESA的22个成员国部长下周将在西班牙会晤，讨论未来3年的预算。届时ESA的初始参与计划有望获批。ESA载人与机器人探索部分主任David Parke表示，ESA的整体参与计划将会在未来10年达到约15亿欧元，“对于成员国来说应该能承受”。

  他将在部长会议上请求拨款约6亿欧元，以应对MSR最初几年的开销以及明年完成的ExoMars火星车的收关阶段。Parker对拨款获批很有信心，“此次部长级别的会议将使欧洲迈入太空探索的新纪元”。

  MSR的第一步计划：NASA价值25亿美元的火星车，财政已基本到位。其安排在2020年7月发射，预定将在Jezero陨石坑着陆，靠近一块有40亿年历史的化石化的河流三角洲。这台火星车将会广泛探索，进行科学实验并对可能承载古老生命证据的泥岩岩芯进行探钻。每份样品将最多包含20克岩石和沙砾。这些样品将分装在试管大小的容器内。部分容器会暂放在火星表面，其余由火星车装载。

  MSR的下一步计划将在2028年展开。届时NASA的另一台着陆器会带着一枚返回火箭和ESA开发的“取回车”登陆火星。其在2026年发射升空后，着陆器将沿着漫长的路径缓慢接近火星。着陆时间预定在2028年8月，火星沙尘暴季节结束后，并通过反推进火箭，配合一种叫做地形相对导航的新技术着陆。届时它将使用装载摄影机分析地形、避免危险，最终降落在暂放样本的10公里范围内。

  茶几大小的“取回车”会缓慢钻出着陆器，寻找几年前留下的暂放样本。该车将依靠太阳能供电，在火星冬季来临前，它将有约6个月时间完成使命。如此紧张的时间，意味着其要依靠自动导航每日穿梭200米。“只有这样才可以达到预期距离。”ESA的MSR项目活动负责人Sanjay Vijendran说。

  一旦取回车回到着陆器内，ESA开发的一款机器臂就会从车内取出样品管，最多能提取30枚、约0.5千克火星岩石和土壤样本。这些样本会装载在篮球大小的球状容器内。

  不过，把样品球发射升空绝非易事。NASA马歇尔太空飞行中心返回火箭研发首席工程师Angie Jackman表示“这是史上首枚从其他星球升空的火箭”。NASA认为该火箭必须粗短，这样才可以装入着陆器的保护罩内。数年来，NASA都追求使用石蜡和液体氧化剂的混合燃料火箭，但最终着陆地点选在了Jezero陨石坑。其较温和的气候意味着传统固体燃料火箭就能胜任此次任务，而不必担忧燃料裂解或者爆炸。

  追随着陆器来到火星的还有ESA研发的轨道器。样品球将被发射到超过300千米高的轨道和这台地球返回轨道器会合。因为火星上没有GPS，该轨道器只可以通过照相机追踪和捕获样品球。“以我们目前对几何位置的设定，很可能在几小时内就能看到它了。”Murihead说。

  一旦样本在2031年返回地球，科学家们会对其小心处理。它们会被储藏在隔离设施里，防止地球微生物污染样本，同时也预防火星病原体感染地球生物。

  科学家能否研究火星样本？时间是难以预估的，但至少也要10年以上。届时科学家将确认是不是真的存在现有或历史生命的迹象。

  去年，“好奇号”火星车发现了两处疑似生命遗迹，但其设备却无法辨识这些遗迹到底来自地质活动还是生命活动。不过，一旦能够取回几克样本，地球上的科学家就能分析其碳同位素、并与周围环境对比判定是不是真的存在生命活动。

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