近日，据美媒报道，美国宇航局和欧空局将联合从火星采集样本，并把样本带回地球。两大航天机构已经签署了一项意向书。根据计划，完成这一任务需要向火星发射至少3个探测器或飞船。那么，美国宇航局和欧空局为什么要联合探测火星并采样返回？其又是计划如何实行探测的呢？
为载人登月打基础
火星作为距离地球较近，且部分地表环境与地球相似的行星，一直吸引着世界各航天大国的目光，并开展了大量的探测研究。
获得火星表面的土壤、岩石样本并开展研究，可以对火星地质构造演化、生命痕迹乃至载人登陆火星甚至长期居住火星起到极其重要的作用。
不过，以人类目前所掌握的航天技术，前往其他星球表面采集样本绝非易事。人类直到1969年7月16日才由美国阿波罗11号飞船实现了首次载人登月，并使用钻探设备获得了月芯样本及月壤、岩石标本。次年9月12日，苏联发射的月球-16号无人探测器，也实现了首次月球自动采样并返回地球。
而相比月球，在更遥远的火星上实现采样并返回地球难度更大，是一项极具挑战性的航天任务。若能够顺利完成，人类探索外星球生物研究将向前跨越一大步。
另外，按照美国宇航局的初步打算，将于本世纪30年代将航天员送上火星表面。因此，前期对火星的探测或采集样本回地球进行研究，可以为载人登陆火星打下基础。
计划分三个阶段实施
据美媒报道，根据计划，美国宇航局联合欧空局实施的火星采样返回将分三个阶段进行。
第一阶段的重点是向火星表面发射美国制造的2020火星车和欧空局制造的ExoMars火星车，以探测火星岩石中可能存在生物的证据，并研究火星环境以评估火星载人航天任务的危险性。同时，2020火星车还将沿途利用钻孔设备获取火星土壤及岩心样本，并保存在特殊容器中，以备后续阶段将其带回地球。
美国研制的2020火星车想象图
截至目前，由于美国宇航局已经向火星表面发射了凤凰号探测器和“勇气号”“机遇号”及“好奇号”3辆火星车，其面临的技术难度相对较低。
第二阶段的重点是向火星发射用于采样收集及发射的综合系统，收集第一阶段火星车所采集的火星样本，并通过“火星上升飞行器”将样本发射到火星轨道上。
第三阶段的开展需要与第二阶段相互配合，通过运载火箭发射一艘飞船前往火星轨道，并在离火星表面500公里高的轨道上将第二阶段“火星上升飞行器”携带的火星样本捕获回收，最后将其送回地球。
实施火星采样返回任务中的2020火星车为降低任务风险和节约成本，将沿用正在火星表面执行任务的好奇号火星车的设计和制造技术，以及着陆系统，但会携带更加先进的科学仪器探寻火星上可能存在的生命迹象，调查火星是否有足够的氧气等资源供人类登陆火星使用。
另外，2020火星车将载有变焦镜头的全景摄像机，从而使科研人员能够摄制三维影片，以使火星车能够看得更远并且提前发现危险情况。
欧空局研制的ExoMars火星车源于一个由欧空局和美国宇航局联合进行的非载人火星探测项目。该火星车携带的全景摄影系统能够合成数字地形图以供火星车导航，并显示火星岩石表面可能的古生物活动造成的地质特征，其钻孔机则可以获取2米深的土壤样本以及岩石的岩芯样本。
欧空局的ExoMars火星车想象图
美欧合作由来已久
美国宇航局与欧空局在航天领域的合作由来已久，例如，哈勃太空望远镜、国际空间站、尤利西斯号太阳探测器和卡西尼-惠更斯号土星探测器等，都是双方合作的典范。
另外，进行大型深空探测任务的经费需求十分巨大，单一国家或某个航天机构一般很难独自承担。例如，美国宇航局拥有的好奇号火星车在研制期间，其成本超出预算4亿美元，蚕食了其他火星探测项目的资金。这种情况容易导致计划延后或探测质量下降。
欧空局受制于成员国的经济压力和技术难题，其火星探测任务一拖再拖。在经济压力和技术难度的驱使下，美国宇航局和欧空局再次合作也就顺理成章。如同国际空间站合作打破了各国之间的隔阂和猜忌，因此，对火星生命、火星移民和深空探测的向往和追求也将消除国家之间的利益藩篱，为人类未来走向深空点亮前程。
总之，在高大上的航天探测领域，寻找一个合作对象，共同分担资金和研制风险，是一种很务实的做法。
作者：郭鹏飞
来源：中国航天报·飞天科普周刊
联系客服
