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六大国际军团角逐火星,新冠肺炎疫情拖了谁的后腿? [复制链接]

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      采访专家:
      
      欧阳自远(中国科学院院士)
      
      庞之浩(全国空间探测技术首席科学传播专家)
      
      按照此前各国对外公布的计划,2020年7-8月人类探测火星将会迎来相隔两年左右的窗口期,将有4个空间探测器飞向这个红色星球。
      

      
      但是,突如其来的新冠肺炎疫情不仅打乱了所有人的生活,也让火星探测蒙上了一层阴影。
      
      欧洲航天局(ESA,简称欧空局)和俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)于3月12日宣布,火星探测(ExoMars)飞行任务的发射时间推迟到2022年予以实施。如果没有新的变化,他们将在两年后的下一个窗口期奔赴火星。
      
      好消息是,中国、美国、阿联酋的原计划继续进行。
      
      因为美国严重的新冠肺炎疫情蔓延,很多人怀疑美国今年的火星发射任务还能不能顺利进行,4月15日美国国家航空航天局(NASA)表示,2020年火星漫游者计划的探测器“毅力”号(Perseverance),仍然会按照7月中旬发射计划发射,并且为该机构在疫情期间最高优先任务之一。
      
      作为航天界的“新秀”,阿联酋在火星探测方面也是雄心勃勃。今年早些时候,阿拉伯联合酋长国已经完成了“希望”号无人火星探测器的建造工作,正为7月份的发射做准备。
      
      2019年,航天界很多人士认为2020年,火星是多个国家展开太空竞逐的主战场,这也是人类探测火星十分重要的一年。现在全球蔓延的新冠肺炎疫情,人类的火星年还会是很好的期待么?
      
      不仅中国以及美国、欧空局与俄罗斯等传统航天力量都制定了雄心勃勃的火星探测计划,甚至阿联酋这样的新生力量也加入进来。因此,很多火星迷们认为,2020年的火星探测将会好戏连台。不过因为一些技术问题及新冠肺炎疫情的影响,2020年的人类火星年不会像先前预想的一样热闹了。
      
      美国“火星2020”要实现火星样本取回
      
      根据计划,美国NASA在2020年的7月17日至8月5日之间将从位于佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射火星探测器。美国“火星2020”发射任务包含一架轨道飞行器、一架无人直升机和一辆全能的火星车“毅力”号,整个项目计划预计耗资24亿美元。
      

      
      “毅力”号是一款核动力火星车,目前该探测器的着陆系统已经过了验证,火星车移动探测的能源供应和温度维持已经得到保障。NASA科学任务处的副局长托马斯·左布臣披露,在火星车探索这颗红色星球时,火星车上携带的多任务放射性同位素热电发生器不仅能够为火星车提供能量,还能帮助它维持温度。
      

      
      全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩告诉记者,美国在探测火星方面已经积累了一些经验。1975年以来,美国已成功实施7次火星表面着陆探测,不仅实现了在火星表面的安全着陆,在移动探测方面也取得了很大的进展和突破,充分验证了他们火星探测的技术和能力。
      
      不过为了尽可能降低飞行成本和风险,“毅力”号的设计还是基于NASA成功的火星科学实验室任务架构,包括“好奇”号火星车和经过验证的着陆系统。
      
      2017年2月,美国进行该项火星探测计划的科学们将“火星2020”任务潜在的着陆点从8个缩小到3个,这三个地方代表了可能孕育原始生命的不同环境:名为“耶泽洛陨石坑”的古老湖床、东北流沙带(此处的温暖水域可能与地下岩石有化学作用)以及哥伦比亚丘陵(此处可能有温泉)。
      

      
      科学杂志官网2017年5月中旬报道称,前两个地点靠近古老的火山岩石,有助于同时执行另一重要任务——收集火星样本;而哥伦比亚丘陵曾被“勇气”号火星车探测过。
      
      与“好奇”号等以往的火星探测任务不同,“毅力”号新核动力火星车将收集岩石样品,并将样品用密封罐储存起来,放置于火星表面。也就是说采集的样本2021年并不会返回地球。
      
      根据NASA的计划,2026年NASA与欧空局合作执行的另一项任务将在“火星2020”的基础上展开。他们将发射另外两个探测器,并于2028年抵达火星,届时这些样本将在欧洲制造的机器人车辆的帮助下,被运送至准备返回地球的火箭上。
      
      这项完整的任务名为“火星样本取回”,也是一项耗费时日的工程,预计在2031年前后才能完成。样本返回地球上的实验室后,研究人员就可以对其进行深入分析和研究,从而判断火星上是否曾存在过生命,同时也能了解火星上的环境对将来的人工作业任务是否存在威胁。
      
      NASA公布的信息显示,在2033年,美国将派宇航员登陆火星,如果其前期探索都进行得十分顺利,美国将有可能成为人类历史上首次将宇航员送上月球以后、再首次送上火星的国家。
      
      降落伞故障?新冠?ExoMars退出2020火星赛季
      
      庞之浩表示,在探索火星的征途上,最近一些年欧空局颇为不顺,其欧洲有史以来规模最大的行星探测任务——与俄罗斯联合开展的“火星太空生物学”(ExoMars)计划在过去20年里屡遭重挫,不断有新的挑战和难题出现,一些项目的测试也是故障频出,费用已从数亿欧元增加到10亿欧元以上。
      
      2016年,该计划的关键设备延期交付,这迫使欧空局把发射时间从2018年推迟到2020年。
      

      
      ExoMars任务最初是欧空局和NASA之间的一个合作项目。但由于NASA预算受限,美国被迫于2012年退出了合作,并不再提供“宇宙神”火箭进行发射。此后,欧空局请求俄罗斯提供运载火箭,但俄罗斯却提出希望完全参与实施该项目。于是,欧空局最终和俄罗斯走到了一起。
      

      
      西班牙世界报网站2019年12月29日发表西班牙国家天文台台长拉斐尔·巴奇列尔的文章披露,欧空局与俄罗斯国家航天公司将联手发射火星漫游车“罗萨琳德·富兰克林”,该漫游车由英国制造,以DNA研究先驱罗萨琳德·富兰克林的名字命名,它将搭乘俄罗斯火箭从哈萨克斯坦拜科努尔发射升空,通过俄制登陆平台登陆,并在火星表面进行为期至少7个月的探索,它将利用一个能够钻到地表以下2米深处的钻头提取未受强烈辐射的物质,科学家们认为这种物质中或许含有火星上曾有生命的证据,对采集的土样进行分析,就可以寻找可证明生命存在的生物分子或生物标记物。
      
      “火星太空生物学”计划共分为两个阶段。2016年,携带2台俄制仪器的“痕量气体轨道探测器”在第一阶段框架下发射,并成功进入环火星大约400千米的工作轨道。“痕量气体轨道探测器”搭载的科学仪器主要对火星大气中的多种气体进行探测,如甲烷、水蒸气、二氧化氮和乙炔等,进而确定这些气体的分布区域及其来源,寻找存在或曾经存在生命的迹象。这些区域,也将是未来火星计划的最佳着陆点之一。其第一阶段框架内发射的斯基亚帕雷利登陆器则在登陆时坠毁。定于2020年启动的第二阶段为主要阶段。
      

      
      糟糕的是,该计划2019年在测试时又发现降落伞系统存在一些严重的问题,虽然工程师们多次进行调整,但降落伞始终达不到预期效果,探测器在降落的过程中会导致降落伞损坏。于是欧空局向NASA的航空航天工程师紧急求助,请他们帮忙挽救遭受重创的任务。
      
      尽管现在“火星太空生物学”计划项目组已经解决了一些令人头痛的技术难题,为了稳妥,他们又将发射计划继续推后到2022年。
      
      据自然报道,本次延迟发射的原因依旧包括一系列技术问题:如携带探测器的航天器软件仍待调试、探测器主降落伞测试还未完成、太阳能电池板无法固定等。
      
      新冠病在全球的暴发也是一个重要干扰因素,尤其是欧洲的疫情态势让俄罗斯的专家难以前往合作方所在地,原定工作进度受到了很大的影响。
      
      如果坚持在今年的疫情背景下发射,“火星太空生物学”计划就需要牺牲一些必要的测试,欧空局不想冒险。
      
      “我们不能走捷径,做出这一决定非常艰难,但我们相信这是正确的做法。”欧空局局长让·沃纳表示。
      
      火星将是谁的幸运星球?
      
      “有很多科学家十分担心人类未来的命运,因为我们的地球受到太多的自然威胁,再加上人类自身的一些行为,未来很可能把地球破坏得不能够宜居了。所以我们一定要在太阳系里面找一个对象,探讨能否把它变成第二个地球,让人类能够大量迁居到上面去。目前看,唯一可能的一个天体就是火星。”中国科学院院士欧阳自远表示。
      
      “到现在为止还没有找到任何(火星)生命存在的证据。如今国际上开会,大家对火星最大的理想是改造火星。”欧阳自远认为,通过人类的智慧和努力,火星完全能被改造成生机盎然的“小地球”,成为人类的“第二家园”。人类需要好好保留自身和地球上的其他物种。
      

      
      近些年来火星探测活动升温,与火星可能存在生命迹象具有很大的关系。已有探测结果表明,火星大气含有微量的甲烷,且不同地区和不同时间的甲烷含量不同。由于甲烷在地质历史中难以长期存在,所以探测到甲烷预示着火星可能至今仍在产生甲烷,一些科学家认为这是生物体存在的证据。
      
      不过,尽管生物消化过程中会产生甲烷,但其他的物理化学过程也会释放甲烷气体,比如铁的氧化。因此,地球上的人类至今仍不清楚火星大气中的甲烷究竟是来自与生命有关的生物过程,还是与生命无关的无机化学反应。要搞清楚,通过登陆火星实施探测是最好的方式。因此,火星成为有志于太空探索的国家重要探索目标。
      
      截至北京时间4月24日9时,美国新冠肺炎累计确诊病例超过87万例,累计死亡49729人,并且疫情还在扩散和蔓延之中。
      
      也正是这样的原因,很多人对美国还能不能顺利实施2020年的火星探测计划表示怀疑。NASA局长吉姆·布里登斯汀在日前的采访中再次重申了2020年火星计划的重要性,该计划是NASA目前最重要的两个项目之一(另外一个为商用载人飞船项目),如果错过了2020年火星探测器的发射窗口期,那么两年内花费的5亿多美元将白白浪费。
      

      
      除了美国、俄罗斯、欧空局和中国,印度、日本等国家和组织在火星探测方面也多有动作,其中印度已于2013年11月5日发射了亚洲首颗火星探测器。不过,目前还没有看到印度近期再次探测火星的计划。日本目前正在为探测火卫一、火卫二做准备,发射时间预计是在2024年。
      
      2020年,除了中国和美国将予以发射的这两项火星探测任务外,火星探测新秀阿联酋也计划在7月发射“希望”号无人火星探测器,目前他们的工作还没有受到新冠肺炎疫情太大的干扰。“希望”号由阿联酋工程师在美国专家的帮助下建造,将从日本种子岛航天中心发射升空,2021年3月抵达火星轨道,其将拍摄这颗红色星球的图像和光谱,为火星气候和季节周期研究提供资料。
      
      火星探测从来就不是一件容易的事情,截至目前人类探测火星已有45次,但成功的只有18次,成功率只有40%。2020年火星会成为谁的幸运星球呢?现在还是一个未知数。
      
      TIPS:未来火星探测的六大角逐军团
      
      军团之一:欧空局
      
      2003年,欧洲航天局(ESA,简称欧空局)提出了“曙光计划”,确立了欧洲未来30年太阳系探测的发展战略和路线图,提出以机器人和载人登陆火星为主,探寻太阳系中地外生命存在迹象,揭示太阳系起源。经过细化论证,2005年ESA正式发布了宇宙憧憬2005—2025,描述了未来20年空间科学的发展蓝图,指出火星探测是ESA未来10—20年将要开展的重要空间科学探测活动。2015年,ESA公布最新的空间探索战略,火星仍是其重点探索目标。
      
      军团之二:美国
      
      2004年,美国提出了“新太空计划”,并着手制造新一代宇宙飞船,主目标是在2030年前后把人类送上火星。2011年,NASA再次制订了详细的2013—2022行星科学十年规划与展望,囊括了美国未来十年行星探测的科学目标、发展规划及科学探测任务,把火星探测规划为重中之重,并明确了在21世纪30年代实现载人登陆火星的发展目标。在此基础上,2015年,美国NASA就火星探测发展政策和战略规划公布了NASA的火星之旅——开拓太空探索下一步,充分展示了美国加快火星探测步伐的决心。
      
      军团之三:俄罗斯
      
      尽管苏联及主要继承苏联太空探索遗产的俄罗斯在火星探测上一直不顺利,饱尝了一次又一次失败的痛苦,但俄罗斯依旧没有放弃火星探测的雄心。2012年3月,俄罗斯联邦航天局制订并公布了2030年前及未来俄罗斯航天活动发展战略草案,其中涉及建立火星试验站等一系列目标。2012年4月,其又制订了2012—2025太阳系探测总体规划。这两份规划都把火星列为首要探测目标。在以对火星土壤进行检测、采样返回的“大卫一-土壤号”任务失败后,2014年,俄罗斯重新提出将火星土壤采样返回的Expedition M任务,更改为“火卫一表面探测和土壤采样返回”任务,并纳入2015年财政预算,共计约51亿卢布。Expedition M探测器计划于2024年使用安加拉5型(Angara 5)火箭发射。该任务将为2030年的火星采样返回作准备。
      
      军团之四:中国
      
      2030年前,中国火星探测的主要任务是环绕遥感探测、软着陆巡视探测和采样返回,实现对火星从全球普查到局部详查再到样品实验室分析的科学递进。其中环绕遥感探测的科学目标着眼于对火星的全球性探测,致力于建立火星的总体、全局的科学概念;软着陆巡视探测科学目标着眼于对火星局部地区的重点探测,主要开展火星科学试验;采样返回的科学目标着眼于着陆点的现场调查与分析、火星样品的分析研究,主要开展比较行星学研究。
      
      中国火星探测起步较晚,但随着探月工程取得重要进展,我国已具备开展火星探测的能力。适时开展火星探测,可以在空间科学、空间技术和空间应用领域加速实现从跟踪研究向自主创新转变,实现从航天大国向航天强国迈进。
      
      军团之五:日本
      
      日本的火星探测实力也不容忽视。2005年,日本制订了跨越20年的航天发展路线图,即日本宇宙航空研究开发机构长期发展规划——JAXA2025,提出了未来20年空间活动的发展目标、发展方向、发展规划与设想。该规划指出,下一代太阳系探索的重点是实现探测器飞往火星,重点探测火星气候。总体思路是首先建立月球基地,以月球作为中转站奔赴火星。
      
      1998年7月3日,日本首个火星探测器“希望”号发射升空,使得日本成为世界上第三个发射火星探测器的国家。但是“希望”号在太空中艰难飞行了5年之后,于2003年12月9日宣布失败。
      
      不过日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)不久前表示,其“火星卫星探索”(MMX)任务已获得批准,正式进入开发阶段,其目标是在2024年朝火星卫星派遣轨道飞行器、着陆器,或许还有一辆漫游车,采集的沙子、岩石等样本预计将于2029年送回地球。
      
      军团之六:印度
      
      在天空探索领域,尽管印度是个后来者,但是近些年其步伐明显加快。2007年,印度空间研究组织(ISRO)正式对外发布探测火星计划。2012年8月计划启动,2013年11月15日其“曼加里安”号火星探测器发射升空,2014年9月成功进入火星轨道,在500—80000千米椭圆轨道上开展科学探测任务。印度也得以成为亚洲首个成功进行火星探测的国家。
      
      “曼加里安”号的成功,大大激发了印度对火星探测的雄心,目前ISRO已启动了后续火星探测任务的论证工作。尽管不久以前其月球探测失败遇到很大的挫折,但在未来它也将是火星探测中一支重要的力量。(撰文/记者 李鹏 图文编辑 陈永杰)
      
      本文来自:中国数字科技馆
      
      本文是中国数字科技馆(.cdstm)原创内容,请注明出处和作者,否则我们将依法追究侵权责任。
      
      
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