火星採樣：美歐合作再啟新篇章

近日，據美媒報道，美國宇航局和歐空局將聯合從火星採集樣本，並把樣本帶回地球。兩大航天機構已經簽署了一項意向書。根據計劃，完成這一任務需要向火星發射至少3個探測器或飛船。那麼，美國宇航局和歐空局為什麼要聯合探測火星並採樣返回？其又是計劃如何實行探測的呢？

為載人登月打基礎

火星作為距離地球較近，且部分地表環境與地球相似的行星，一直吸引著世界各航天大國的目光，並開展了大量的探測研究。

獲得火星表面的土壤、岩石樣本並開展研究，可以對火星地質構造演化、生命痕迹乃至載人登陸火星甚至長期居住火星起到極其重要的作用。

不過，以人類目前所掌握的航天技術，前往其他星球表面採集樣本絕非易事。人類直到1969年7月16日才由美國阿波羅11號飛船實現了首次載人登月，並使用鑽探設備獲得了月芯樣本及月壤、岩石標本。次年9月12日，蘇聯發射的月球-16號無人探測器，也實現了首次月球自動採樣並返回地球。

而相比月球，在更遙遠的火星上實現採樣並返回地球難度更大，是一項極具挑戰性的航天任務。若能夠順利完成，人類探索外星球生物研究將向前跨越一大步。

另外，按照美國宇航局的初步打算，將於本世紀30年代將航天員送上火星表面。因此，前期對火星的探測或採集樣本回地球進行研究，可以為載人登陸火星打下基礎。

計劃分三個階段實施

據美媒報道，根據計劃，美國宇航局聯合歐空局實施的火星採樣返回將分三個階段進行。

第一階段的重點是向火星表面發射美國製造的2020火星車和歐空局製造的ExoMars火星車，以探測火星岩石中可能存在生物的證據，並研究火星環境以評估火星載人航天任務的危險性。同時，2020火星車還將沿途利用鑽孔設備獲取火星土壤及岩心樣本，並保存在特殊容器中，以備後續階段將其帶回地球。

美國研製的2020火星車想像圖

截至目前，由於美國宇航局已經向火星表面發射了鳳凰號探測器和「勇氣號」「機遇號」及「好奇號」3輛火星車，其面臨的技術難度相對較低。

第二階段的重點是向火星發射用於採樣收集及發射的綜合系統，收集第一階段火星車所採集的火星樣本，並通過「火星上升飛行器」將樣本發射到火星軌道上。

第三階段的開展需要與第二階段相互配合，通過運載火箭發射一艘飛船前往火星軌道，並在離火星表面500公里高的軌道上將第二階段「火星上升飛行器」攜帶的火星樣本捕獲回收，最後將其送回地球。

實施火星採樣返回任務中的2020火星車為降低任務風險和節約成本，將沿用正在火星表面執行任務的好奇號火星車的設計和製造技術，以及著陸系統，但會攜帶更加先進的科學儀器探尋火星上可能存在的生命跡象，調查火星是否有足夠的氧氣等資源供人類登陸火星使用。

另外，2020火星車將載有變焦鏡頭的全景攝像機，從而使科研人員能夠攝製三維影片，以使火星車能夠看得更遠並且提前發現危險情況。

歐空局研製的ExoMars火星車源於一個由歐空局和美國宇航局聯合進行的非載人火星探測項目。該火星車攜帶的全景攝影系統能夠合成數字地形圖以供火星車導航，並顯示火星岩石表面可能的古生物活動造成的地質特徵，其鑽孔機則可以獲取2米深的土壤樣本以及岩石的岩芯樣本。

歐空局的ExoMars火星車想像圖

美歐合作由來已久

美國宇航局與歐空局在航天領域的合作由來已久，例如，哈勃太空望遠鏡、國際空間站、尤利西斯號太陽探測器和卡西尼-惠更斯號土星探測器等，都是雙方合作的典範。

另外，進行大型深空探測任務的經費需求十分巨大，單一國家或某個航天機構一般很難獨自承擔。例如，美國宇航局擁有的好奇號火星車在研製期間，其成本超出預算4億美元，蠶食了其他火星探測項目的資金。這種情況容易導致計劃延後或探測質量下降。

歐空局受制於成員國的經濟壓力和技術難題，其火星探測任務一拖再拖。在經濟壓力和技術難度的驅使下，美國宇航局和歐空局再次合作也就順理成章。如同國際空間站合作打破了各國之間的隔閡和猜忌，因此，對火星生命、火星移民和深空探測的嚮往和追求也將消除國家之間的利益藩籬，為人類未來走向深空點亮前程。

總之，在高大上的航天探測領域，尋找一個合作對象，共同分擔資金和研製風險，是一種很務實的做法。

作者：郭鵬飛

來源：中國航天報·飛天科普周刊

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