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火星采樣返回任務敲定 耗資70億美元采樣600克

  科技日報11月24日消息,從行星科學的角度來看,火星宛如地球的“孿生兄弟”:它們的形成時間、內部結構,乃至形成初期的環境都極相似。

  但在隨后幾十億年間,這對“兄弟”卻分道揚鑣:地球生機盎然;火星卻荒涼死寂。

  火星為何會遭遇如此凄慘的命運?火星上是否曾有生命出現?是讓很多科學家輾轉反側的謎團。科學家一直希望能從火星采回樣本,進行研究,揭示火星的“前世今生”,解開這些謎團。多年醞釀,終于即將實施。

  據美國《科學》雜志網站11月22日報道,由美國國家航空航天局(NASA)和歐洲航天局(ESA)共同設計的“火星采樣返回”(MSR)任務現已敲定:耗資70億美元,分四步走,從火星上采集約600克樣本送回地球。

  中國科學院國家天文臺研究員、被稱為“火星叔叔”的鄭永春博士對科技日報記者表示:“2019年是阿波羅登月五十周年,火星采樣任務在某種程度上可與阿波羅計劃相比擬。”

  勢在必行的火星采樣任務

  為什么要進行火星采樣任務呢?

  鄭永春解釋說,在太陽系內,火星是與地球環境最為相似的星球,也是唯一有可能實現大規模移民的星球。目前,除了極少數火星隕石外,人類只能借助航天器進行遙感和原位探測。

  雖然,人類在火星隕石中發現了有機物,在大氣層中檢測到了甲烷,但目前火星上是否仍然還有生命?火星上是否曾經繁衍過生命?這些問題依然沒有答案。而要想回答這些問題,只能寄希望于火星樣本的研究。

  英國倫敦大學學院的空間科學家安德魯·科茨說:“火星采樣任務將是太空探索領域最重要的任務之一。”

  據《科學》雜志報道,歐洲航天局(ESA)22個成員國的部長下周將齊聚西班牙塞維利亞,通過該機構未來三年的預算方案。ESA載人航天與機器人探索總監戴維·帕克說,他打算在會議上要求為MSR任務頭幾年以及將于明年發射升空的“火星太空生物”計劃(ExoMars)的火星車提供6億歐元資助。他有信心能如愿以償。

  NASA則希望在特朗普政府向國會提交的2021年預算案中出現MSR任務的“身影”。該機構火星探測科學家邁克爾·邁耶認為,現在我們擁有一大批研制和操控火星車的科學家和工程師,執行這一任務恰逢其時;此外,我們也擁有一組仍然在正常運行的火星軌道器,可提供中繼通信,“萬事皆已具備”。

  投資70億美元,分四步走

  盡管如此,MSR任務負責人、NASA噴氣推進實驗室的布萊恩·穆爾黑德說:“這一火星采樣任務也和將人類送往月球一樣復雜。”

  鄭永春介紹道,火星采樣返回任務非常復雜,要分為采樣、取樣、交接、返回四個步驟。目前,美國在火星著陸方面的技術已經基本成熟,明年發射的火星車將采集火星巖石和土壤樣本,并封裝在樣本管內;而2028年發射的另一輛火星車要把散落在火星表面的這些樣本收集起來,封裝在一個密封球體內,這個任務耗時很長,也很不容易。

  鄭永春繼續強調說:“特別困難的是,火星采樣返回任務,要在火星上自動發射火箭進入火星上空,與軌道器進行交會對接。這些任務在地球上有人參與的情況下,都是風險很高的技術,而要在火星上無人參與的情況下實現,難度就更大了。”

  返回火箭研發負責人、NASA馬歇爾太空飛行中心的安吉·杰克曼也表示:“讓樣本離開火星并非易事,這將是人類首次從另一顆行星發射火箭。”

  此外,據《科學》雜志報道,為使用最少的燃料樣本送回地球,ESA希望借助離子推進器來推動地球返回軌道器。離子推進器將利用太陽能電池板產生的電能驅動離子,產生可持續數月的平穩脈沖,從而推動航天器前進。ESA的“貝皮·科倫坡”水星探測器正在使用這一方法前往水星。鑒于離子推進產生的推力較小,因此,這一行程預計歷時2年,而非9個月左右。歐洲航天局MSR負責人桑杰·維杰德拉姆說:“離子推進有缺點,但這意味著,我們可以利用歐洲現有技術完成這一任務。”

  至于70億美元的費用問題,鄭永春表示:“阿波羅登月當時用了200多億美元,相當于現在的上千億美元。現在仍在火星上執行任務的‘好奇’號火星車,耗資26億美元。所以,如果能否實現火星采樣的話,70億美元實現人類歷史第一次,并不算很多。”

  希望發現生命存在的證據

  研究人員稱,他們現在很難確切預測十年后將如何研究這些樣本,但他們希望能發現火星上過去或現在存在生命的跡象。去年,“好奇”號火星車發現了兩個富含有機大分子的地點,但它搭載的儀器不能鑒別出這些分子究竟源于生命還是由地質過程產生。

  西班牙馬德里天體生物學中心的瑪麗亞-帕扎·佐爾扎諾也參與了MSR科學優先事項的認定工作。她說,地球上的科學家可以分析來自耶澤洛隕石坑中的樣本中同樣材料內的碳同位素,以確定其是否源于生命。

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