探月工程“繞落回”三步走實現(xiàn)圓滿成功，“嫦娥五號”已經(jīng)為我國帶回了月球樣品，我們不禁把目光投向了更遠的太空，離我們真正看到“火星樣品”還有多遠？　 

　　我國的火星取樣會在何時？  

　　我國的“天問一號”于2020年7月23日發(fā)射，2021年2月進入火星軌道，5月15日成功著陸火星，5月22日“祝融號”火星車安全駛離著陸平臺，到達火星表面，開始巡視探測。目前，“祝融號”已行駛超過1000米，對火星表面形貌、構(gòu)造，物質(zhì)組分，磁場等開展科學(xué)探測。 

　　而我國的火星取樣返回任務(wù)計劃在2030年前后實施。 

　　從火星采樣返回有多難？  

　　與月球采樣返回相比，火星采樣返回對工程技術(shù)提出了更高的要求，相較于月球，除了火星距離地球更遠導(dǎo)致的時延問題，還包括火星與月球引力不同并且存在大氣層。 

　　同開展火星著陸探測時，進入、下降和著陸（EDL）的“恐怖八分鐘”類似，在火星表面發(fā)射入軌和火星軌道交會對接同樣是任務(wù)最關(guān)鍵、最危險的環(huán)節(jié)之一。在擁有大氣的地外行星表面上實現(xiàn)火箭自主發(fā)射入軌和在深空行星軌道上實現(xiàn)對目標(biāo)的交會對接將成為新挑戰(zhàn)，要求航天器具備更高的自主性和可靠性。 

　　俗話說摸著石頭過河，我們來看看其他國家是怎么做的。 

　　火星采樣返回的四個步驟  

　　據(jù)美國《科學(xué)》雜志網(wǎng)站2019年11月22日[1] 報道，由美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局（ESA）共同設(shè)計的“火星采樣返回”（Mars Sample Return，MSR）任務(wù)現(xiàn)已敲定：耗資70億美元，包括采集樣品、收集樣管、火軌交接、返回地球四個關(guān)鍵步驟，計劃從火星上采集約600克樣本送回地球。 

　　MSR任務(wù)預(yù)計時間跨度逾十年，2020年和2026年分別實施1次和2次地球發(fā)射，2028年實施1次火星發(fā)射，2031年將返回地球。分別由毅力號火星車、樣品收集火星車、樣品返回著陸器、返回地球軌道器完成。 

　　2020年7月發(fā)射成功的毅力號火星車，作為MSR任務(wù)的第一步，將完成采集樣品這一重大使命。隨后預(yù)計2026年前后，NASA將與ESA合作完成兩次發(fā)射，包括向火星發(fā)射攜帶樣品采集火星車的返回著陸器和返回地球軌道器。2028年實施1次火星發(fā)射，通過火星上升火箭將樣品入軌儲納球送入環(huán)火軌道與返回地球軌道器交接，預(yù)計2031年將火星樣品帶回地球?！　?br />  

　　NASA與ESA火星取樣返回任務(wù)概念圖 

　　（圖片源自：NASA） 　　
 

　　MSR任務(wù)實現(xiàn)火星采樣返回四個關(guān)鍵步驟包括： 

• 　　采集樣品：毅力號攜帶了43根鋼筆型手電筒大小的樣品保存管，每個樣本將包含20克巖石和粗砂，其中5根作為參考管，以確定精心挑選的火星巖石和沙礫樣品沒有受到源于地球的無機物和有機物污染。部分樣品管會存儲在毅力號中，部分緩存在精確標(biāo)注的火星表面以便于后續(xù)樣管收集任務(wù)的開展。 

• 　　收集樣管：NASA將發(fā)射樣品返回著陸器和樣品收集火星車在毅力號著陸點附近降落，通過樣品收集火星車將毅力號采集到的樣品裝載到入軌儲納球中，樣品收集過程預(yù)計用時6個月，最終通過上升火箭從火星表面發(fā)射至火星低空環(huán)繞軌道。 

• 　　火軌交接：ESA研發(fā)的樣品返回軌道器屆時將降低軌道到合適高度，通過抓取和導(dǎo)入模塊將樣品轉(zhuǎn)移至保存模塊并對其進行密封和消毒，確保火星樣品不會泄露污染地球，同時也不會被地球污染。 

• 　　返回地球：地球返回軌道器將在地火轉(zhuǎn)移窗口返回至地球，隨后其中的返回地球模塊將釋放地球再入器進入地球大氣層硬著陸于預(yù)定的著陸區(qū)內(nèi)?！　?br />  

　　攜有樣品管的火星上升火箭發(fā)射概念圖 

　　（圖片源自：NASA） 
 

　　誰正在火星上采樣？  

　　作為MSR“四步走”的第一步，2021年2月，耗資25億美元的毅力號火星車經(jīng)過七個月的太空飛行后成功著陸在耶澤羅隕石坑。耶澤洛隕石坑里有保存完好的遠古河流三角洲的化石，該區(qū)域的巖石保存著關(guān)于火星漫長而多樣的地質(zhì)歷史時期的信息。 

　　毅力號共配置7臺有效載荷，分別為桅桿相機-Z、超級相機、X射線巖石化學(xué)行星儀器、“夏洛克”紫外光譜儀、火星氧氣原位資源利用實驗、火星環(huán)境動態(tài)分析儀、火星亞表面雷達成像實驗?！　?br />  

　　毅力號火星車有效載荷分布情況 

　　（圖片源自:參考文獻[2]）　　
 

　　毅力號的主要任務(wù)目標(biāo)之一是收集和儲存火星表面的樣本，這些樣本將包括巖芯、表土和大氣等。在采集樣本之前，毅力號使用鉆頭研磨接近預(yù)定取芯目標(biāo)的巖石表面上部幾毫米處。然后，將臨近的科學(xué)載荷盡可能靠近裸露的巖石，開展相關(guān)探測并收集數(shù)據(jù)。接下來，使用毅力號機械臂末端的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆將火星表面的樣品鉆入超清潔樣品管，并進行評估、成像和密封。 

　　截至目前毅力號火星車已經(jīng)完成了7個樣管樣品的采集工作（包括5個樣品管、1個參考管和一個未采到樣本的樣品管）。 

　　第一個收集到的是參考管，用于確認采樣過程中沒有收到污染。第二根樣品管本想收集名為“Roubion”的巖石樣本，但由于鉆取過程中導(dǎo)致巖石破碎并為收集巖石樣本，取而代之的是這成為了毅力號采集到的第一個火星大氣樣本。第三根和第四根樣本是在一個名為“Rochette”的山脊頂部，采取這種成對采集的策略目的是為后續(xù)任務(wù)中提供將樣本返回地球的一種選擇。這個名為“Montdenier”和“Montagnac”成為毅力號在火星上最先采集到的兩個巖芯樣本。采用與上述采樣策略相同的策略在名為 “Se？i？tah”區(qū)域的“Brac”處采集到了第五和第六個巖芯樣本。在2021年接近尾聲時，毅力號采集到了名為“Robine”的第五個巖芯樣本，這也是毅力號采集到的第七個樣品管。

　　2021年8月6日，毅力號火星車首次嘗試采樣 

　　（圖片源自：NASA） 

　　 “毅力號”火星車采樣位置（包括一次參考管，六次樣品管） 

　　（圖片源自：NASA）　　   

　　結(jié)語  

　　目前火星研究仍受到火星車攜帶的分析儀器和探測手段等諸多限制，一些深層次分析工作只有在地球?qū)嶒炇也拍苓M行。因此，火星的探測未來十年的重點將會是采樣返回，這對于認知類地行星起源和生命宜居性、奠定未來載人登火基礎(chǔ)具有重大意義。 

　　偉大事業(yè)始于夢想，基于創(chuàng)新，成于實干。我國“天問一號”探測器通過一次任務(wù)實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸、巡視三大目標(biāo)，實現(xiàn)我國航天事業(yè)自主創(chuàng)新，跨越發(fā)展的標(biāo)志性成就。在不久的將來，中國也將實施火星取樣返回任務(wù)，這將前所未有地推進和深化火星科學(xué)研究，有望取得重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)火星探測的新突破和新認知。