從火星取樣返回，這三步很重要

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火星，一直是國際深空探測的重點。飛躍、環繞、着陸、巡視，人類想盡一切辦法加深對紅色星球的認識。現在，美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）準備再進一步——2031年，從火星上取點東西回來。畢竟探測器的儀器再先進，也沒有在地球實驗室裏研究得全面。

可是，探測火星尚有難度，取樣返回談何容易？NASA和ESA準備怎樣完成這一挑戰？

火星2020：“兼職”取樣並存儲

NASA計劃在2020年7月發射“火星2020”探測器，這一六輪火星車將在2021年2月着陸在Jezero火山口。

“火星2020”除了完成“本職”的巡視、探測任務，還要“兼職”收集精心挑選的火星岩石和土壤。它將攜帶43根特製試管，其中5根將作為“參考物”，幫助研究人員排除推進劑等來自地球的無機和有機物污染，另外38根用於儲存樣本。

這些試管置於探測器的腹部，當火星車的大機械臂伸出來鑽岩石、取土壤時，另一個小機械臂將拿起空的試管，移動到大機械臂上的鑽頭附近，待其填充好樣本後，再把它轉移到密閉的存儲艙中。

之後，火星車將在巡視過程中把部分試管放在着陸點附近的指定位置，這些存儲點將被精確標註且易於抵達，方便進一步回收任務的開展。

SRL：回收樣本、飛離火星

2026年，NASA將發射樣本回收着陸器（SRL）。SRL將包括一個固定不動的着陸器、一個ESA提供的樣本回收車（SFR）和一個高度不超過3米的火星上升運載火箭（MAV）。

SRL將降落在“火星2020”探測器的着陸點附近，並且釋放SFR。SFR不攜帶任何科學儀器，它唯一的工作就是把“火星2020”存儲的樣本帶回着陸器，並將它們放置在籃球大小的軌道樣本容器中。無論樣本是寄存在火星表面還是仍然待在“火星2020”裏，SFR都將一一回收。

SRL地面任務預計將持續8個月左右，其中5個月的時間用於回收樣本。在這段時間裏，MAV要一直孤獨地等待。NASA火星取樣返回任務負責人布萊恩⋅穆爾黑德表示，MAV必須要在低温和多灰塵的火星環境中生存下來，然後還要成功發射並進入火星軌道，“所以，這是一個具有挑戰性的發射場景”。

穆爾黑德透露，MAV的技術方案還沒有確定。研究人員在考慮兩種選擇：一種是兩級固體推進火箭，另一種是採用混合推進技術的單級火箭。最終的決定將在今年年底之前做出。

MAV的任務是把軌道樣本容器送到300公里的火星軌道上，再由ESA研製的地球返回軌道器（ERO）接力運回。

ERO：迎接樣本到地球

與SRL任務一樣，ERO也計劃於2026年發射，ESA已經邀請歐洲有關公司提交研製該航天器的方案建議。據悉，ERO將使用電力推進系統，並配備多級可拆卸模塊，以充分利用代號“比皮科倫坡”的水星探測器的相關技術。

穆爾黑德介紹，ERO將把捕獲的軌道樣本容器安裝在一個無菌的密封系統內，然後對該系統的接頭進行消毒，以確保火星樣本在進入地球大氣層時不會泄漏出來，從而避免污染我們的星球。

密封系統被放置在一個特殊的再入飛行器內。當ERO接近地球時，再入飛行器將從ERO分離，穿過地球大氣層，撞向猶他州的沙漠或乾涸的湖牀。該飛行器並不裝備降落傘，而是完全依靠被動減速技術，避免產生不必要的風險點。

穆爾黑德説，地球表面的加速度定義為1G，如果再入飛行器撞到了沙漠中的泥土上，它將受到大約1000G的衝擊力，如果不幸撞到岩石上，可能會受到3000G的衝擊力。

NASA和ESA計劃樣本在2031年返回。火星和地球間每26個月才有一次行星際發射窗口，如果SRL和ERO在2026年還沒有準備好，下一次機會將在2028年到來，樣本返回地球的時間也就推遲到2033年。

現在，火星取樣返回任務仍然處於概念階段，該項目還沒有正式列入NASA或ESA的預算中。

歐空局的一位官員認為，這一任務很有難度，需要完成“比以前任何任務都更具挑戰性和更先進的多個任務”。

（科技日報北京7月31日電）