2031年把火星碎片带回地球：NASA和欧洲将会怎么实践？

如果一切都如期进行的话，火星的样本将会在十年后被完好无缺地运送回地球。NASA（美国国家航空航天局）和ESA（欧洲航天局）正共同协力完成这项期待已久的任务。此任务的支持者们认为，其在研究火星本身及宜居性方面是不可或缺的。

图解 : 艺术家对美国宇航局计划的火星上升飞行器的图示，该飞行器从红色星球表面发射了样本。图片来源：NASA / JPL-Caltch

“我们必须得把火星的样本带回实验室才行。”所属于加州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室的布莱恩·缪尔黑德（Brian Muirhead），于2019年6月，在一次关于NASA的未来宇宙实验（FISO）的组内演讲中如是说道。

全世界的实验室都可以对火星样本进行仔细地、多样地研究。这比通过一个火星探测器来帮助我们“以生物的角度去了解火星历史”要好得多。缪尔黑德，作为火星样本采集的领导者，后来又说道。

科学家甚至可以在这些岩石样本间找到生命曾经栖息的痕迹，而人们正打算在2031年把这些样本采集回地球。

缪尔黑德强调：NASA-ESA计划还仍是非官方的一次合作，细节措施还有待完善。但是就目前的计划来讲，还是有一套实施大纲的。

此计划预备在轿车大小的NASA火星2020号探测器投入使用后，于2020年7月开始。这辆六轮火星探测器预计于2021年，在杰泽罗火星坑内（宽50km）着陆，这个坑在远古时代曾坐落着一片三角洲。

火星2020号（很快会在学生命名大赛上选出一个更有吸引力的名字）将来可以描绘杰泽罗坑的地貌，寻找古代生命的迹象，并且未来还能帮人类选择制造各种各样适用于火星探索的科技，完成很多不同的科研任务，包括采集并储存样本。

为此，探测器将携带43根试管，其中5根试管作为参照，用来帮助科学家们了解其他试管采集的样本所处的环境，缪尔黑德又提到。所以，火星2020号可以最多采集38个样本。最好的情况是，探测器会把其中一些试管留到一些方便收集的位置，把另外一些随身携带。

样本收集着陆计划（SRL）的实施，也就是下一大步，将在2026年迈出。SRL计划中囊括了一个火星固定着陆器，一个有ESA提供的样本采集探测器（SFR），以及一个小火箭，名叫MAV（火星攀登机），大概两米多高。缪尔黑德又说。

此次任务将在火星2020的着陆点附近进行，然后SFR会在火星着陆。SFR会比NASA的高尔夫球车大小的“勇气号”与“机遇号”还要小，并且会充分利用ESA的天外火星探测器技术。它在明年夏天就会被送往火星，也就是在火星2020号发射后的一周。

缪尔黑德说，SFR并不会携带任何的科研器械。正如其名，SFR就是做把火星2020号掉在地上的样本重新拾进着陆器的工作。这些样本会被集中收集在轨道样本收集器（简称OS）中。（样本送回的过程十分复杂，所以会比一般宇宙计划更注重缩略词的使用）如果火星2020执意要保留一些它采集的样本，它也可以照样回到着陆器中。

“所以我们把着陆器设计成了可以容纳不同的探测器，把试管带回来。”缪尔黑德说。

这些计划都会耗费很长时间。他又说，光是SRL表面计划就要花费8个月，然后收集样本要花费5个月。这时候，MAV就会在原地待命。

“它必须得在星球表面正常运作，星球表面一般都处于极低温状态，并且还有很多灰尘。”缪尔黑德提到。“然后，它还得被发射并传送到火星轨道。所以，这环境确实对火星推进力是一个严峻的挑战。”

宇宙飞船曾经也从月球表面发射成功过——阿波罗计划已经实践了数次——但是古往今来并没有过任何飞行器c从巨大的的火星上再起飞。所以MAV将会立下探索史上的里程碑。

MAV的规格还没有确定，样品回收小组考虑了两种选择：一个是两级的固体推进剂版本，另一个是采用混合推进技术的单级火箭。最终设计年底可以决定出来，缪尔黑德说。

图解：计划中的NASA-ESA火星返回样本活动概述。图片来源：K。Oldenburg / ESA

在搭载了OS后，MAV将发射太阳能着陆器，并将OS部署到火星轨道上，最低在离火星表面300公里的高空处。然后，在这个宏大的计划的第三步中，它会被地球ESA的地球回收轨道飞行器（ERO）从宇宙中带回地球。

同SRL计划一样，ERO也将在2026年发射。ESA向欧洲的公司发出邀请，请求来承担宇宙飞船的制造工作。

“此次任务会逐渐落实，我们也很开心能和欧洲厂商合作，共同攻克难关。”ESA的奥森·萨瑟兰，ERO的研究经历，在一份声明中如是说道。

ESA官员说，ERO将采用电力推进和多级可拆卸模块，并充分利用水星贝皮哥伦布任务所采用的科技。

欧洲的轨道飞行器将把新得到的操作系统安装在一个无菌密封系统中，然后对该系统的连接点进行消毒，可能会用到高温消毒的方法，缪尔黑德说。这样的方法将确保在进入地球大气层的过程中不会有火星物质泄露，从而有可能污染我们的星球。

密封系统会被放置在一个特殊的运载工具内，当宇宙飞船接近地球时，系统会从ERO部署。进入大气层的运载火箭将迅速穿过地球大气层，撞向犹他州干涸的盐湖床。

该团队设计的运载工具可以在没有降落伞的情况下工作，而是完全依靠无源技术。缪尔黑德说，这种设计成功消除了一个巨大的潜在威胁。

Muirhead说，如果进入飞行器撞上了盐湖床的泥土，会受到约1000Gs的冲击力；但是如果不幸撞上了岩石，可能会承受3000Gs的冲击力。(因为地球引力的原因，地球表面的加速度是1克)“我们在设计来应对这两种情况了，”他补充说。

着陆时间定在2031年。火星和地球间每26个月就有进行一次有利的星际发射。因此，如果SRL和ERO在2026年还没有准备好，下一个机会将在2028年，直到2033年样本才会被送回地球。

“但如果第二次再不成功的话之外，我们真的失去了进行MSR(火星样品回收)的机会，”Muirhead说。“这的确是一个非常好的好的机会，我们已经在十分努力去落实这次计划了。”

同样，上述计划目前还只是一个概念。虽然2020年的联邦预算要求为NASA的MSR开发划拨了一些资金，但该项目尚未正式列入NASA或ESA的计划。

所以我们不知道全世界到底要为这项宏伟的计划付出多少财力。缪尔黑德说，该团队认为这个计划的成本有限，尽管还不清楚这个上限是多少。

ESA官员在另一份声明中说，MSR的任务可能会很难完成，它需要做到“比以往任何机器人任务更具挑战性且更先进的多重任务”才行。

但是，此计划的团队认为，他们已经做好了应对困难的准备。

“我们与ESA进行的活动和设计研究的进展非常棒。”缪尔黑德说，“我们会继续加深伙伴关系，以实现这些目标，并且也等待着两方资助机构的支持。”

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

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3.原文来自：https://www.spaceanswers.com/space-exploration/bringing-pieces-of-mars-to-earth-in-2031-how-nasa-and-europe-plan-to-do-it/

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