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Array|2030年或迎火星采样“返回潮”，大量高风险关键技术需提前部署攻关

Array|2030年或迎火星采样“返回潮”，大量高风险关键技术需提前部署攻关
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2020年7月23日12时41分 ， 中国首个自主发射的火星探测任务“天问一号”顺利升空 ， 正式开启火星之旅 。2020年是全球火星探测元年 ， 而2030年则可能迎来火星采样“返回潮” 。
截至目前 ， 美、日和我国都宣布了火星采样返回任务的计划或相关设想：
美国国家航空航天局（NASA）将分步实施2030“火星采样返回”（MSR）任务；
日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）计划于2024年发射火星卫星探测任务（MMX） ， 2029年实现火卫一（Phobos）样品返回地球；
中国也规划了2030年前后火星采样返回任务 ， 分析火星宜居环境及其演化历史等 。
为此 ， 《科技导报》专访了中国科学院国家空间科学中心空间科学与深空探测规划论证中心团队 ， 邀请他们从空间科学战略研究的视角对火星探测任务进行解读 。论证中心正高级工程师范全林介绍了各国规划的火星采样返回实施方案和技术探索 。
◆ ◆ ◆
科技导报：在2020火星探测任务中 ， 美国的火星2020任务（Mars 2020）涉及到的“采样”预备工作引发关注 ， “采样”成功意味着什么？
范全林：由于目前火星（图1）研究不能像科学家在地面实验室那样做很多复杂的分析工作 ， 所以采样返回 ， 即使只带回少量样品 ， 也能通过大量高精密先进仪器分析 ， 给出更为全面细致的结果 ， 这对于寻找生命指征、地质组成及演化、气候变化及大气与地面相互作用 ， 以及载人登陆探测等多项关键科学问题有望给出明确答案 。
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图1 火星地表图 来源：NASA
科技导报：美国火星探测技术处于领先地位 ， 2030年美国MSR任务中关键步骤和目标是什么？面临哪些技术挑战？
范全林：美国MSR任务将分步实施 ， 预计历时逾10年 ， 2020年和2026年分别实施1次和2次地球发射 ， 2028年实施1次火星发射 ， 2031年将约600g火星样品返回地球 。MSR任务包括4个关键步骤 。
第一步是采集样品 ， 由毅力号（图2）完成 。
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图2 美国毅力号
第二步是收集样管 ， 主要由样品收集火星车(SFR)完成 。
第三步是火轨交接 ， 火星上升火箭(MAV)从火星表面发射 ， 搭载样品入轨储纳球(OS)上升进入环火轨道 。
第四步是返回地球 ， 由返回地球轨道器(ERO)携带返回地球模块(ERM)脱离环火轨道 ， 完成火地飞行 ， 对准地球轨道后ERM释放地球再入器(EEV) ， 后者再入地球大气层并硬着陆于犹他州（Utah）的沙漠或干涸的湖床 。
MSR任务的科学目标是 ， 阐述火星与地球环境的相似性和可能存在生命等问题 ， 其在任务规划和科学目标制定上享有优先权 。
【Array|2030年或迎火星采样“返回潮”，大量高风险关键技术需提前部署攻关】MSR任务需要突破的重点技术包括样品采集与保存、样品火轨交接、非传统地火霍曼转移飞行、灭菌与行星保护、首次火星MAV发射等 。
科技导报：为顺利完成2030年火星采样计划 ， 我国需首先突破哪些关键技术？
范全林：关于无人火星采样返回 ， 目前的预研表明 ， 火星样品采集封装、火表起飞上升、火星轨道交会捕获、样品转移收纳、地火返回及再入等多个环节 ， 涉及大量关键技术环节 ， 都具有较高的技术风险 ， 需要提前部署攻关突破 。
科技导报：美日火星采样返回任务对我国有什么启示？


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