從火星取樣返回 沒那么容易

晨陽

采集火星巖石樣本的那些辛酸事

印度《歐亞時報》7月2日稱，中國近日宣布天問一號火星探測器已經(jīng)完成其預(yù)定使命。報道注意到，天問_號項目負(fù)責(zé)人孫澤洲還透露了中國下一步火星探測計劃，準(zhǔn)備在2028嘵再執(zhí)行兩次發(fā)射任務(wù)，并于2031年7月將火星樣本帶回地球?！爸袊鴮⒊蔀槿虻谝粋€實現(xiàn)火星取樣返回的國家，這比美國和歐盟的聯(lián)合計劃提早了兩年”。

美國“太空”網(wǎng)站稱，相比美國航空航天局（NASA）和歐空局的火星取樣返回聯(lián)合項目，中國類似的火星探測計劃更為簡單，沒有派出火星車對不同地點進(jìn)行取樣的步驟。報道稱，中國已有了從月球上取樣返回的成功經(jīng)驗。嫦娥5號探測器于2020年12月登陸月球，隨后向地球送回自1976年蘇聯(lián)“月球24號”探測器以來的第一批月球樣品。

但“太空”網(wǎng)站強調(diào)，目前人類想從火星取樣返回還面臨很多技術(shù)難題。雖然現(xiàn)在中國和美國都成功派遣探測器在火星軟著陸并展開科學(xué)考察，但這只完成了火星取樣返回的第一步。

該網(wǎng)站2日還詳細(xì)介紹了美國“毅力”號火星車在火星收集巖石樣本盼遇到的困難。目前它正在火星杰澤羅隕石坑的河流三角洲地區(qū)收集巖石樣本。根據(jù)NASA的聲明，科學(xué)家們認(rèn)為，如果這顆紅色星球上曾經(jīng)存在生命，那么該地區(qū)可能蘊藏著億萬年前火星古老生物留下的痕跡。但NASA近日在“毅力”號火星車的推特賬號上承認(rèn)：“古老的河流三角洲的巖石令人驚嘆，但迄今為止，沒有一塊巖石適合于采樣。有些巖石過于脆弱，有些太參差不齊?！?/p>

報道稱，水流沖擊形成的沉積巖最可能蘊藏火星生命線索，但選擇一塊恰好適合采樣的巖石是非常艱難的挑戰(zhàn)?！耙懔Α碧柊惭b有機(jī)械鉆頭，能將取出的巖芯封閉在樣品管中，但有時僅僅是取芯過程就可能導(dǎo)致巖石樣品破裂甚至破碎。事實上，“毅力”號在選擇取樣區(qū)域時，還必須考慮巖石的形狀和取樣角度，否則根本無法鉆孔。目前它遇到的就是這樣的麻煩一科學(xué)家已經(jīng)選好一塊被稱為“貝蒂”的層狀巖石，它位于三角洲底部，由交替的粗粒和細(xì)粒材質(zhì)組成。糟糕的是，“貝蒂”參差不齊的巖層和形狀,讓火星車無法安全地進(jìn)行鉆探。NASA科學(xué)家被迫選擇了另一塊巖石，但可能需要數(shù)天時間才能確認(rèn)它是否取樣。

由于人類對火星表面的認(rèn)識非常有限，火星探測器已經(jīng)多次在火星鉆孔或取樣時遇到困難。早先NASA的“洞察”號著陸器試圖在火星地表打洞，但地表的堅硬程度超過了探測器的鉆探能力，以至于它在火星上的工作一度陷于停頓。2021年“毅力”號火星車首次在火星取樣時，雖然鉆孔成功了，一切設(shè)備也都運轉(zhuǎn)正常，但由于選擇的巖石的強度太軟，以至于無法收集巖芯樣本，首次取樣以失敗而告終。按照計劃，“毅力”號最終將收集36個裝有火星巖石的樣品管，并等待將它們送回地球?！?/p>

用“二踢腳”模式 從火星發(fā)射火箭

收集到足夠的火星巖石樣本后，如何將它們成功運回地球是另一個難題。《科學(xué)美國人》網(wǎng)站稱，NASA已經(jīng)與川洛公司簽訂了一份價值1.94億美元的合同，以建造3米長的火星上升飛行器（MAV）,這是一種小型火箭，旨在將“毅力”號收集的巖石樣本送入火星軌道。這將開創(chuàng)一系列人類歷史的“第一次”，難度之大可想而知。

NASA噴氣推進(jìn)實驗室的克里斯?查特利爾是火星發(fā)射系統(tǒng)的首席工程師。他介紹說，這將是人類首次在地球以外的另一顆行星上發(fā)射火箭，MAV必須克服多重挑戰(zhàn)?！盎鹦堑囊χ挥械厍虻?/3,其稀薄大氣密度只有地球的1/100,因此從火星發(fā)射火箭完全不同于從地球發(fā)射火箭，也不同于之前從幾乎沒有重力和空氣的小行星上發(fā)射探測器?！彼€強調(diào)，火星距離地球動輒數(shù)千方公里，MAV的起飛過程必須完全自主進(jìn)行。

按照計劃，MAV將在2026年到2028年期間跟隨著陸器發(fā)射升空，經(jīng)過28個月的漫長旅途后，在火星的夏季著陸。洛?馬公司深空探索事業(yè)部負(fù)責(zé)人戴夫·莫羅說：“航天器需要在恰當(dāng)?shù)募竟?jié)到達(dá)火星，這樣就不會遇到沙塵暴?！?/p>

最關(guān)鍵的部分來了。MAV抵達(dá)火星后，如何從火星表面升空呢？查特利爾說：“我們最初的設(shè)想是和地球發(fā)射一樣，讓火箭從著陸平臺上垂直起飛。”但火箭起飛初期非常不穩(wěn)定，通常需要安裝發(fā)射導(dǎo)軌以穩(wěn)定姿態(tài)。但后者會增加額外的重量，無法滿足火星探測任務(wù)的需求。

按照查特利爾的說法，目前的解決思路類似“二踢腳”，即首先將火箭以每秒5米的速度彈射到半空中，MAV在1秒后點燃發(fā)動機(jī)，將籃球大小的樣本艙送到約400公里高的軌道。此后，歐空局制造的航天器將進(jìn)入火星軌道，回收樣本艙并開始返回地球之旅。在過去的兩年里，噴氣推進(jìn)實驗室團(tuán)隊已經(jīng)完成了23次模擬彈射試驗，證明了其可行性?！?/p>

火星樣本會威脅地球安全嗎？

即便克服重重困難將火星標(biāo)本帶回地球軌道，但如何讓它安全地返回地球，仍面臨很多技術(shù)難題。尤其是這些“未消毒的樣本”是否會對地球安全構(gòu)成威脅，已經(jīng)引起不小的爭議。

美國《費城詢問者報》稱，科學(xué)家們希望將36個總重約1磅的火星巖石樣本帶回高度安全的實驗室，尋找火星古代微生物的跡象，為人們有朝一日踏上這顆紅色星球做準(zhǔn)備。NASA表示，正在采取一切措施防止地球受到任何污染，“樣品管本身不會被消毒，但儲存它們的容器將在太空中被消毒，并通過熱焊徹底封閉，直到它們在實驗室中打開”。相關(guān)實驗室類似研究高度傳染性病原體的生物實驗室，設(shè)置有多級凈化程序、空氣過濾系統(tǒng)和其他保障措施。

報道稱，盡管NASA認(rèn)為回收火星巖石樣本的環(huán)境和安全風(fēng)險等級為“極低”，但“并不是每個人都對此表示贊同”。今年年初NASA就此征求公眾意見時得到約170條反饋，其中大多數(shù)持否定態(tài)度。有人反對說，“我們不知道這些樣本是否無菌。如果我們要把某種東西帶回地球，不管它們是否無菌，都應(yīng)該先做一些粗略的測試，看看是否帶有其他生物?！边€有人詢問，為什么不能先把火星樣本送到國際空間站進(jìn)行檢查。

NASA表示，這些巖石樣本存在火星生命的可能性很低，因為當(dāng)前火星非常寒冷、干燥且受到高強度輻射，對生物而言“不適宜生存”。此外，預(yù)計將于2031年退役的國際空間站沒有進(jìn)行相關(guān)測試所需的精密設(shè)備。至于首先對樣本進(jìn)行消毒的建議，NASA更是明確表示反對，因為這可能會破壞有價值的信息，例如過去火星生命存在的痕跡。

德國科技雜志《光譜》稱，著名天體生物學(xué)家史蒂文?本納支持NASA的決定。他表示，“我認(rèn)為沒有必要就火星樣本到達(dá)我們的星球后，為如何處理進(jìn)行冗長的討論?！薄白詮牡厍蛏铣霈F(xiàn)生命以來的35億年里，數(shù)以萬億計的來自火星的隕石不斷地降落在地球上。如果火星微生物存在并且可以對地球的生物圈造成嚴(yán)重破壞的話，那么它早已發(fā)生了?！薄?/p>