毅力號火星車的樣本
Credit:NASA/JPL-Caltech/MSSS
NASA目前正考慮兩種方法將其寶貴的火星樣本送回地球，然而，最終決定將在約18個月後做出。這些樣本由NASA的「毅力號」探測車正在收集，分析這些樣本可能為我們揭示大量關於火星及其歷史的數據，甚至有可能揭示火星是否曾經孕育過生命。
因此，NASA迫切希望將這些樣本——約30支雪茄大小、密封的管子，內含巖芯和沈積物——帶回地球，並送往全球的實驗室進行分析。但是，執行這一任務的難度遠超預期，且成本也遠高於最初的估算。
火星樣本回收計劃的預算飆升
早在2020年7月，NASA和歐洲空間局（ESA）聯合發起的火星樣本回收（MSR）計劃，其最大預算估計為30億美元。然而，三年後的今天，預期的費用已飆升至80億至110億美元，且即便如此，樣本最早也可能要到2040年才會抵達地球。
這種情況顯然不可接受。2024年4月，NASA局長比爾·納爾遜宣布，火星樣本回收戰略將進行全面改革。NASA表示將從其研究中心、私營企業和學術界尋求創新的新思路。
11個提案進入下一階段
幾個月後，NASA從學術界和行業團體中選出了11個火星樣本回收提案，進入進一步開發階段。8個私營團體獲得了最高150萬美元的資助，用於在接下來的90天內繼續完善他們的創新方案。
兩種潛在的火星樣本回收方案
2024年1月7日，NASA宣布了該計劃的最新進展：NASA目前正在專註於兩種潛在的火星樣本回收架構，這兩種方案在如何將硬體送到火星上有所不同。
1. 空中吊車方案
第一個方案采用火箭推動的「空中吊車」系統，曾成功將NASA的「好奇號」和「毅力號」探測車分別在2012年8月和2021年2月成功送上火星。這個系統是目前最為成熟的技術方案之一。
2. 商業方案
第二個方案則依賴於私營企業提供著陸系統，具體細節未被公開，NASA稱這是由於涉及專有技術和設計的保密問題。
NASA局長比爾·納爾遜表示，如果選擇使用空中吊車系統，預計MSR的成本為66億至77億美元。相比之下，商業選項雖然稍微便宜一些，預計成本在58億至71億美元之間。
新改革帶來的優勢
納爾遜還指出，無論哪種方案，都將大幅簡化、加速並降低成本，比最初的設計更為高效。他還補充說，若獲得足夠的資金支持，火星樣本最早可能會在2035年返回地球。
MAV與著陸器的設計調整
這兩種方案都將使用相同的硬體——帶有小型火箭的著陸器，名為「火星升空載具」（MAV）。著陸器將著陸在「毅力號」附近，然後「毅力號」將駛向新型航天器，使用備用機械臂抓取樣本管，並將它們放入MAV的容器中。
隨後，MAV將透過火箭將樣本送入火星軌域，與由歐洲空間局（ESA）提供的航天器會合，後者將把樣本帶回地球。
更輕的著陸器和新的能源方案
無論哪種方式，MAV和著陸器的品質都將比最初設想的更輕，這為使用空中吊車提供了可能性。原先的MAV/著陸器設計過於龐大，無法使用空中吊車，因此需要重新設計並使用一個全新的、未經驗證的著陸系統。即便如此，空中吊車仍需要比「毅力號」著陸時使用的空中吊車大約20%。
此外，著陸器將采用核能——放射性同位素熱電發生器（RTG），而不是原本計劃使用的太陽能電池板。根據NASA MSR計劃總監傑夫·格拉姆林的介紹，RTG有兩個主要優勢：
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可以在塵暴季節執行 ：RTG可以在火星塵暴季節保持穩定的工作，不受天氣影響。
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確保MAV火箭發動機保持溫暖 ：RTG有助於保持MAV上固體火箭發動機的溫度，這是它們最適宜的工作狀態。
結語
隨著NASA對火星樣本回收計劃的深入推進，未來火星樣本的回收任務將更加高效且富有創新性。雖然面臨的挑戰仍然巨大，但NASA正在采取積極的措施，透過與各界合作，推動火星樣本回收任務的實作。期待這些珍貴的火星樣本，能夠為我們揭示更多關於火星及其歷史的秘密，甚至可能回答火星是否曾孕育過生命這一重大科學問題。
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參考
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