天問三號首席科學家侯增謙院士：希望能在火星樣品取回任務上搶佔先機
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近日，中國科學院院士、天問三號首席科學家侯增謙與合作者在《自然-天文學》發文，首次系統闡述了中國天問三號火星探測任務的科學藍圖。這項計劃於2028年發射、2031年實現樣品返回的探測任務，有望實現人類首次從火星帶回樣本的歷史性突破。
侯增謙
目前，該任務攻關進度如何？將採取哪些手段探尋生命目標？將如何應對首個火星取樣任務中的潛在挑戰？六月末的一天，同時擔任國家行星探測工程首席科學家的侯增謙就此接受了《中國科學報》專訪。
天問三號任務設計圖。
邁向“雙輪驅動”新紀元
《中國科學報》：天問三號任務將於2028年發射，此時在國際科學期刊上公佈其科學藍圖有何深意？
侯增謙：這是中國行星探測工程的關鍵一步。過去，我國深空探測任務主要由工程驅動，就像“摟草打兔子”，首先實現探測能力和工程突破，然後再解決科學問題。現在，天問三號正處於從過去的工程驅動向工程和科學雙輪驅動的戰略轉型時期。
天問一號成功登陸火星已經展現了我們的工程技術能力。下一步，我們的火星探測想解決什麼科學問題，實現什麼樣的科學目標，又如何去實現？我們希望與國際社會分享這些議題，展示中國科學探索的能力。
《中國科學報》：請介紹一下天問三號任務。
侯增謙：天問三號任務預計於2028年發射，2031年實現不少於500克火星樣品返回。探測器發射後需要飛行七八個月才到達火星，在火星工作約一年後返回地球，整個過程需要3年多時間。我們希望能在火星樣品取回任務上搶佔先機，給中國科學家和國際社會提供一個前所未有的認識火星的重大機遇。
《中國科學報》：天問三號的主要科學目標是什麼？
侯增謙：我們確立了3個主要科學目標：一是尋找火星潛在的生命跡象，包括生命標誌物、化石、古菌等；二是研究火星的宜居性演化，如火星上水、大氣、海洋的演變；三是瞭解火星地質結構及其演化歷程，包括從表面構造到內部結構的演化歷史等。
這3個主要科學目標相互關聯，生命起源需要宜居環境，生命繁衍與環境協同演進，宜居性演變和地質構造密切相關。圍繞這3個目標設有9個研究主題，涉及生命元素、環境、地質等多個方面，以增進對這顆太陽系內類地行星的瞭解。
《中國科學報》：這些目標將如何實現？
侯增謙：我們設計了覆蓋三大科學主題的“全鏈條探測策略”，特別是針對火星潛在生命遺蹟，包含四大關鍵研究模塊——採哪裏、選哪些、怎麼採、如何用。我們期望通過回答這些問題，破解火星是否曾存在生命的未解之謎。
天問三號任務示意圖。
“三管齊下”，構建取樣“中國方案”
《中國科學報》：天問三號將如何取樣？與國際上同類任務相比有何特色？
侯增謙：工程總體初步設計了3種取樣方式：表土鏟取、深層鑽探，以及無人機輔助抓取，確保樣品的多樣性與科學價值。天問三號不會攜帶火星車，我們將使用無人機在着陸點附近數百米進行遠距離採樣，同時最大限度避免探測器着陸帶來的潛在污染。
同時，通過兩米深鑽取樣在國際上將是首次。此前美國“毅力”號火星車在傑澤羅隕石坑開展沿途鑽孔採樣，取樣深度約5毫米，只能獲取淺表層樣品。“毅力”號僅負責觀測採樣，將樣品返回地球則需要後續任務的支撐，而天問三號將一次實現採樣與返回。
《中國科學報》：污染控制有何重要性，將如何應對相關挑戰？
侯增謙：行星保護是深空探測領域的一個重大問題，污染防控是必須着力解決的重要問題。無論是前向污染——探測器對火星的污染，還是後向污染——將火星樣品帶回地球時可能造成的污染，都是必須嚴格控制的。
中國作為第一個實施火星取樣返回的國家，將嚴格遵循空間研究委員會的行星保護政策，保護火星環境不受地球物質污染，防控火星潛在生命對地球生物圈的污染，避免樣品“假陽性”，力求樣品“高保真”，確保獲得真實、可靠的科學成果。
天問三號任務將構建從火星表面採集、密封、轉運直至返回地球后分析的全流程樣品原始性保真鏈條。同時，我們也將籌建一個具有高級防護能力的火星樣品實驗室，設置超潔淨區和生物安全區，對返回樣品進行嚴格消殺、解封、處理和生物風險評估。
《中國科學報》：任務將如何通過着陸區選址推動科學目標的實現？
侯增謙：着陸區的選址至關重要，直接關係到科學目標的實現。我們已從最初的80多個預選着陸區逐步縮減到目前的19個，到2026年底將最終確定3個作為工程發射的候選着陸區。
着陸區選址需要綜合考慮工程約束和科學因素。受工程約束，着陸區需要在北緯17度到30度之間選擇。從科學上來説，着陸區要選擇最可能有生命繁衍和保存生命痕跡的地方。
《中國科學報》：任務科學團隊如何尋找一個理想的着陸區？
侯增謙：這如同在地球上找礦。我們首先要研究形成一個大礦需要什麼條件、在什麼構造環境中發育、成礦物質如何儲運與富集、成礦流體如何遷移與匯聚、金屬物質如何儲集與沉澱；在此基礎上建立成礦理論與成礦模型，然後按照理論認知，採用技術方法，展開成礦預測，進行“大海撈針”。
在火星上尋找適宜生命存在的着陸區，同樣需要研究生命誕生、繁衍與保存的條件，建立潛在生命描述模型和預測模型。火星生命是液態水、大氣、適宜温度、磁場、內部構造等多圈層、多要素耦合的結果，理想着陸點應滿足宜居性和適宜生命發展的內在要求。
天問三號任務剖面。
全鏈條開放築太空“絲路”
《中國科學報》：國際同行對這篇文章有何看法？
侯增謙：國際評審專家認為，這篇前瞻性文章非常引人入勝，系統闡述了中國火星樣本返回任務的總體規劃和科學目標，為國際科學界理解天問三號任務規劃提供了極具價值的全景視角。
《中國科學報》：天問三號在國際合作方面有哪些舉措？
侯增謙：中國在天問三號任務上秉持全流程、全鏈條的開放合作態度。從科學目標的凝練、載荷研究與搭載，再到返回樣品的聯合研究，我們都全面對外開放。我們希望通過行星探測工程搭建全球科學家合作研究的平台，推動全人類共同的科學探索事業的發展。
比如，在科學目標制定方面，我們曾在安徽合肥舉辦國際會議，邀請國際專家參與論證。在載荷搭載方面，我們發佈了國際公告，徵集其他國家搭載載荷。樣品返回後，在確保安全的前提下，我們也會向國際科學家開放。
《中國科學報》：目前，任務攻關處於什麼進度？
侯增謙：天問三號任務分幾個不同的工程系統，多數系統的關鍵技術攻關已基本完成，部分攻關仍在進行。探測器等系統研製分為試樣、初樣和正樣，目前試樣已經開始研製。科學任務團隊正在利用各種火星觀測數據，開展示範性和試驗性研究，緊鑼密鼓地推進着陸區選址工作。同時，為確保實現首要科學目標，團隊正在加緊進行以火星生命探尋為核心的全鏈條研究。
《中國科學報》：擔任天問三號首席科學家以來，你的工作節奏有變化嗎？
侯增謙：任務更繁重了，節奏肯定比過去更快了，凌晨1點前幾乎沒有睡過覺，一天休息五六個小時吧。因為我兼任“深地探測與礦產勘查”國家重大科技專項副總師的工作，同時還在做一些地球科學研究工作。