毅力号火星车的样本
Credit:NASA/JPL-Caltech/MSSS
NASA目前正考虑两种方法将其宝贵的火星样本送回地球，然而，最终决定将在约18个月后做出。这些样本由NASA的「毅力号」探测车正在收集，分析这些样本可能为我们揭示大量关于火星及其历史的数据，甚至有可能揭示火星是否曾经孕育过生命。
因此，NASA迫切希望将这些样本——约30支雪茄大小、密封的管子，内含岩芯和沉积物——带回地球，并送往全球的实验室进行分析。但是，执行这一任务的难度远超预期，且成本也远高于最初的估算。
火星样本回收计划的预算飙升
早在2020年7月，NASA和欧洲空间局（ESA）联合发起的火星样本回收（MSR）计划，其最大预算估计为30亿美元。然而，三年后的今天，预期的费用已飙升至80亿至110亿美元，且即便如此，样本最早也可能要到2040年才会抵达地球。
这种情况显然不可接受。2024年4月，NASA局长比尔·纳尔逊宣布，火星样本回收战略将进行全面改革。NASA表示将从其研究中心、私营企业和学术界寻求创新的新思路。
11个提案进入下一阶段
几个月后，NASA从学术界和行业团体中选出了11个火星样本回收提案，进入进一步开发阶段。8个私营团体获得了最高150万美元的资助，用于在接下来的90天内继续完善他们的创新方案。
两种潜在的火星样本回收方案
2024年1月7日，NASA宣布了该计划的最新进展：NASA目前正在专注于两种潜在的火星样本回收架构，这两种方案在如何将硬件送到火星上有所不同。
1. 空中吊车方案
第一个方案采用火箭推动的「空中吊车」系统，曾成功将NASA的「好奇号」和「毅力号」探测车分别在2012年8月和2021年2月成功送上火星。这个系统是目前最为成熟的技术方案之一。
2. 商业方案
第二个方案则依赖于私营企业提供着陆系统，具体细节未被公开，NASA称这是由于涉及专有技术和设计的保密问题。
NASA局长比尔·纳尔逊表示，如果选择使用空中吊车系统，预计MSR的成本为66亿至77亿美元。相比之下，商业选项虽然稍微便宜一些，预计成本在58亿至71亿美元之间。
新改革带来的优势
纳尔逊还指出，无论哪种方案，都将大幅简化、加速并降低成本，比最初的设计更为高效。他还补充说，若获得足够的资金支持，火星样本最早可能会在2035年返回地球。
MAV与着陆器的设计调整
这两种方案都将使用相同的硬件——带有小型火箭的着陆器，名为「火星升空载具」（MAV）。着陆器将着陆在「毅力号」附近，然后「毅力号」将驶向新型航天器，使用备用机械臂抓取样本管，并将它们放入MAV的容器中。
随后，MAV将通过火箭将样本送入火星轨道，与由欧洲空间局（ESA）提供的航天器会合，后者将把样本带回地球。
更轻的着陆器和新的能源方案
无论哪种方式，MAV和着陆器的质量都将比最初设想的更轻，这为使用空中吊车提供了可能性。原先的MAV/着陆器设计过于庞大，无法使用空中吊车，因此需要重新设计并使用一个全新的、未经验证的着陆系统。即便如此，空中吊车仍需要比「毅力号」着陆时使用的空中吊车大约20%。
此外，着陆器将采用核能——放射性同位素热电发生器（RTG），而不是原本计划使用的太阳能电池板。根据NASA MSR计划总监杰夫·格拉姆林的介绍，RTG有两个主要优势：
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可以在尘暴季节运行 ：RTG可以在火星尘暴季节保持稳定的工作，不受天气影响。
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确保MAV火箭发动机保持温暖 ：RTG有助于保持MAV上固体火箭发动机的温度，这是它们最适宜的工作状态。
结语
随着NASA对火星样本回收计划的深入推进，未来火星样本的回收任务将更加高效且富有创新性。虽然面临的挑战仍然巨大，但NASA正在采取积极的措施，通过与各界合作，推动火星样本回收任务的实现。期待这些珍贵的火星样本，能够为我们揭示更多关于火星及其历史的秘密，甚至可能回答火星是否曾孕育过生命这一重大科学问题。
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参考
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