我國已通過天問一號任務實現了對火星的“繞落巡”;2025年發射的天問二號任務是去近地小行星取樣,帶回不少于100克樣本,目前任務正在進行中,預計2027年便能把小行星樣本帶回地球;而天問三號任務則計劃2028年前后發射,用兩發火箭將探測器分兩部分送往火星,計劃在2031年前后將成功將火星樣本帶回地球,取樣目標不少于500克。
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地火轉移窗口是探測器往返地球與火星之間的最佳發射窗口期,因為那時地球與火星之間的距離非常近。這一窗口大約每26個月開啟一次,最近是2026年前后,然后便是2028年前后等時間節點。
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探測器需要在窗口期進行發射返回,而天問三號任務也早已經開啟了國際載荷搭載合作,這意味著其任務時間表已經很明確,基本上不再存在變動的可能。
我國早已經實現了火星無人軟著陸,并先后成功開展了月球正面與背面的無人采樣返回任務,并且還在開展小行星采樣返回任務,技術實力已相當深厚,如果后續一切順利,預計大概率能在2031年左右在全球率先成功實現火星采樣返回,創造世界紀錄!而且在該任務中,我國還將攜帶一架小型無人機前往火星,輔助進行采樣。
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美國和歐空局合作,比我國更早開展火星采樣任務,毅力號核動力火星車已經采集了數十管火星樣本,并將其安放在火星表面,等待未來取回。但由于NASA主導規劃的火星取樣返回任務過于復雜,導致預算嚴重超支、實施難度過大、任務風險過高,取樣計劃已進入擱淺狀態。就算未來重啟,其取回火星樣本的時間也必然會晚于我國。
除了中國、美國和歐空局,日本也計劃前往火星進行取樣,不過采樣目標不是火星,而是火星的衛星——火衛一。
這一由日本所主導的火星衛星采樣任務,任務探測器包括推進模塊、探測模塊和返回模塊三部,總發射質量約3噸。探測器已于今年3月運抵種子島航天中心,正在進行發射前的測試,預計將于今年年底通過日本自研的H3火箭進行發射。
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整個任務持續約5年,計劃對火衛一進行著陸采樣,采樣目標不小于10克,計劃在2031年將火衛一的樣本帶回地球。除了采樣,該任務還將在火衛一表面部署一輛法德聯合研制、質量約6公斤的漫游車,并且探測器還將對火衛二進行飛越探測。
火衛一和火衛二是火星唯一的兩顆天然衛星,它們的質量均很小,比月球小得多,形態不規則,本質上就是被俘獲的小行星。火衛一直徑僅二十多公里,火衛二更小,只有十多公里。
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這意味著,單從技術角度而言,該任務取得成功的可能性還是比較高的,畢竟日本在小行星采樣方面還是比較強的,經驗豐富,況且這一任務還有美國和歐空局在背后提供部分技術支持。
日本已先后于2003年成功發射隼鳥1號探測器、2014年成功發射隼鳥2號小行星探測器,并于2010年帶回小行星糸川的微量塵埃、2020年帶回5.4克小行星龍宮樣本,是全球第一個成功實現小行星采樣返回任務的國家,并且已成功實施兩次小行星采樣,已經積累了豐富的低重力環境采樣探測經驗,這將為日本的火衛一采樣任務提供有力支持。
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但成功的前提是H3火箭能夠在2026年前后如期且成功將探測器送入軌道,因為日本自研的H3火箭穩定性和可靠性嚴重不足,除非用獵鷹9號等更為可靠的火箭進行發射。若發射失敗,受發射窗口限制,這一任務將推遲至2028年。
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若日本的這一火星衛星采樣任務能夠取得成功,將是人類首次從地球以外行星的衛星上實現采樣返回,意義也將十分重大!
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不過,火星衛星采樣任務的難度相較于火星采樣,還是有天壤之別的,后者難度更大。火星采樣不僅要實現火星軟著陸,還要從火星表面發射火箭,將樣本送入火星軌道。日本目前也就初步實現了月面無人軟著陸,還未實現月球采樣返回,這意味著其目前根本沒有能力進行火星采樣。
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