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从火星取样返回没那么容易

中新社华舆

2022-07-04 14:21北京

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近日有关“中国将在2031年实现火星取样返回”的消息受到外媒高度关注。印度《欧亚时报》2日更是将其联系到“中美展开火星竞争”。但外界普遍承认,从火星取样返回并不容易,随时会面临各种意想不到的挑战。

采集火星岩石样本的那些辛酸事

印度《欧亚时报》7月2日称,中国近日宣布天问一号火星探测器已经完成其预定使命。报道注意到,天问一号项目负责人孙泽洲还透露了中国下一步火星探测计划,准备在2028年底再执行两次发射任务,并于2031年7月将火星样本带回地球。“中国将成为全球第一个实现火星取样返回的国家,这比美国和欧盟的联合计划提早了两年”。

美国“太空”网站称,相比美国航空航天局(NASA)和欧空局的火星取样返回联合项目,中国类似的火星探测计划更为简单,没有派出火星车对不同地点进行取样的步骤。报道称,中国已有了从月球上取样返回的成功经验。嫦娥5号探测器于2020年12月登陆月球,随后向地球送回自1976年苏联“月球24号”探测器以来的第一批月球样品。

但“太空”网站强调,目前人类想从火星取样返回还面临很多技术难题。虽然现在中国和美国都成功派遣探测器在火星软着陆并展开科学考察,但这只完成了火星取样返回的第一步。

该网站2日还详细介绍了美国“毅力”号火星车在火星收集岩石样本时遇到的困难。目前它正在火星杰泽罗陨石坑的河流三角洲地区收集岩石样本。根据NASA的声明,科学家们认为,如果这颗红色星球上曾经存在生命,那么该地区可能蕴藏着亿万年前火星古老生物留下的痕迹。但NASA近日在“毅力”号火星车的推特账号上承认:“古老的河流三角洲的岩石令人惊叹,但迄今为止,没有一块岩石适合于采样。有些岩石过于脆弱,有些太参差不齐。”

报道称,水流冲击形成的沉积岩最可能蕴藏火星生命线索,但选择一块恰好适合采样的岩石是非常艰难的挑战。“毅力”号安装有机械钻头,能将取出的岩芯封闭在样品管中,但有时仅仅是取芯过程就可能导致岩石样品破裂甚至破碎。事实上,“毅力”号在选择取样区域时,还必须考虑岩石的形状和取样角度,否则根本无法钻孔。目前它遇到的就是这样的麻烦——科学家已经选好一块被称为“贝蒂”的层状岩石,它位于三角洲底部,由交替的粗粒和细粒材质组成。糟糕的是,“贝蒂”参差不齐的岩层和形状,让火星车无法安全地进行钻探。NASA科学家被迫选择了另一块岩石,但可能需要数天时间才能确认它是否取样。

由于人类对火星表面的认识非常有限,火星探测器已经多次在火星钻孔或取样时遇到困难。早先NASA的“洞察”号着陆器试图在火星地表打洞,但地表的坚硬程度超过了探测器的钻探能力,以至于它在火星上的工作一度陷于停顿。2021年“毅力”号火星车首次在火星取样时,虽然钻孔成功了,一切设备也都运转正常,但由于选择的岩石的强度太软,以至于无法收集岩芯样本,首次取样以失败而告终。按照计划,“毅力”号最终将收集36个装有火星岩石的样品管,并等待将它们送回地球。

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▲1月1日,中国国家航天局发布中国首次火星探测任务“天问一号”探测器从火星传回的一组图像。图为环绕器与火星合影。(图片来源:中国国家航天局/中新社)

用“二踢脚”模式从火星发射火箭

收集到足够的火星岩石样本后,如何将它们成功运回地球是另一个难题。《科学美国人》网站称,NASA已经与美国洛·马公司签订了一份价值1.94亿美元的合同,以建造3米长的火星上升飞行器(MAV),这是一种小型火箭,旨在将“毅力”号收集的岩石样本送入火星轨道。这将开创一系列人类历史的“第一次”,难度之大可想而知。

NASA喷气推进实验室的克里斯·查特利尔是火星发射系统的首席工程师。他介绍说,这将是人类首次在地球以外的另一颗行星上发射火箭,MAV必须克服多重挑战。“火星的引力只有地球的1/3,其稀薄大气密度只有地球的1/100,因此从火星发射火箭完全不同于从地球发射火箭,也不同于之前从几乎没有重力和空气的小行星上发射探测器。”他还强调,火星距离地球动辄数千万公里,MAV的起飞过程必须完全自主进行。

按照计划,MAV将在2026年到2028年期间跟随着陆器发射升空,经过28个月的漫长旅途后,在火星的夏季着陆。洛·马公司深空探索事业部负责人戴夫·莫罗说:“航天器需要在恰当的季节到达火星,这样就不会遇到沙尘暴。”

最关键的部分来了。MAV抵达火星后,如何从火星表面升空呢?查特利尔说:“我们最初的设想是和地球发射一样,让火箭从着陆平台上垂直起飞。”但火箭起飞初期非常不稳定,通常需要安装发射导轨以稳定姿态。但后者会增加额外的重量,无法满足火星探测任务的需求。

按照查特利尔的说法,目前的解决思路类似“二踢脚”,即首先将火箭以每秒5米的速度弹射到半空中,MAV在1秒后点燃发动机,将篮球大小的样本舱送到约400公里高的轨道。此后,欧空局制造的航天器将进入火星轨道,回收样本舱并开始返回地球之旅。在过去的两年里,喷气推进实验室团队已经完成了23次模拟弹射试验,证明了其可行性。

▲中国国家航天局6月29日公布天问一号探测器近期拍摄的火星影像。图为“祝融号”拍摄的巡视区影像,图像为火星车进入冬季休眠状态前拍摄,展示了巡视区域一处沙丘地貌的局部特征。(图片来源:中国科学院国家天文台供图/中新社)

火星样本会威胁地球安全吗?

即便克服重重困难将火星标本带回地球轨道,但如何让它安全地返回地球,仍面临很多技术难题。尤其是这些“未消毒的样本”是否会对地球安全构成威胁,已经引起不小的争议。

美国《费城询问者报》称,科学家们希望将36个总重约1磅的火星岩石样本带回高度安全的实验室,寻找火星古代微生物的迹象,为人们有朝一日踏上这颗红色星球做准备。NASA表示,正在采取一切措施防止地球受到任何污染,“样品管本身不会被消毒,但储存它们的容器将在太空中被消毒,并通过热焊彻底封闭,直到它们在实验室中打开”。相关实验室类似研究高度传染性病原体的生物实验室,设置有多级净化程序、空气过滤系统和其他保障措施。

报道称,尽管NASA认为回收火星岩石样本的环境和安全风险等级为“极低”,但“并不是每个人都对此表示赞同”。今年年初NASA就此征求公众意见时得到约170条反馈,其中大多数持否定态度。有人反对说,“我们不知道这些样本是否无菌。如果我们要把某种东西带回地球,不管它们是否无菌,都应该先做一些粗略的测试,看看是否带有其他生物。”还有人询问,为什么不能先把火星样本送到国际空间站进行检查。

NASA表示,这些岩石样本存在火星生命的可能性很低,因为当前火星非常寒冷、干燥且受到高强度辐射,对生物而言“不适宜生存”。此外,预计将于2031年退役的国际空间站没有进行相关测试所需的精密设备。至于首先对样本进行消毒的建议,NASA更是明确表示反对,因为这可能会破坏有价值的信息,例如过去火星生命存在的痕迹。

德国科技杂志《光谱》称,著名天体生物学家史蒂文·本纳支持NASA的决定。他表示,“我认为没有必要就火星样本到达我们的星球后,为如何处理进行冗长的讨论。”“自从地球上出现生命以来的35亿年里,数以万亿计的来自火星的陨石不断地降落在地球上。如果火星微生物存在并且可以对地球的生物圈造成严重破坏的话,那么它早已发生了。”(完)(文章来源:环球时报)

作者/晨阳

责任编辑:陶思远

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