我们想从火星带回一些东西。这就是这个雄心勃勃的计划背后的想法，它需要两家太空机构和几次任务才能实现。为了找出问题所在，以及我们如何从这颗红色星球上获取样本，我们与欧洲航天局进行了交谈艾伯特博士Haldemann．
他是欧洲航天局的ExoMars有效载荷、装配、集成和验证小组的负责人，他与美国宇航局协调，以保持这两个机构一起顺利工作。
跟我们说说样品返回任务。
的火星采样返回这项任务是第一个从另一个星球返回样本的任务——实际上是计划，因为需要不止一艘飞船。我们有阿波罗任务、俄罗斯月球车以及最近中国传回的月球样本。我们(通过任务)从美国和日本的小行星上带回了样本。
但我们还没有从火星带回样本。这是客观的。第一步是“毅力”号火星车，它在今年2月NASA成功登陆火星后开始收集样本。
火星样本返回计划是美国宇航局和欧洲航天局(ESA)的一项联合努力，尽管是由NASA领导的。NASA将负责从火星表面发射火箭，并将样品送入火星轨道。但是ESA负责地球返回轨道器，它基本上是第一个行星际飞船。
它会从地球到火星，进入环绕火星的轨道，与火星轨道上的样本飞行器会合，捕获样本，然后返回地球。它不会进入地球轨道，但一旦接近地球轨道，它将释放美国宇航局建造的装有样本的太空舱。只有进入舱将返回地球，而不是地球返回轨道器。
这个计划本质上是让太空舱执行一次可控的撞击。所以我们将目标锁定在坠毁地点，然后让地球返回轨道器释放样本然后飞走。它会偏离轨道，飞过地球，进入绕太阳的墓地轨道。
但在此之前，毅力将在火星上采集样本。这些样品将被放在表面的储藏室里。2026年，美国宇航局将向火星发射另一枚火箭，其中包含一个搭载火星上升飞行器和取样器的着陆器。
着陆器将登陆火星，释放“Fetch Rover”，“Fetch Rover”将收集“Perseverance”收集的岩石样本。“Fetch Rover”将把它们带回着陆器，在那里它们将被放入火星上升运载器并发射到火星轨道。
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从地球上发射火箭已经够棘手的了。从火星发射火箭听起来非常困难。
是的，有很多挑战，特别是发射必须是自动进行的。
火箭将是一个两级固体燃料火箭，它将携带轨道样本容器(OS)，本质上是一个足球大小的球体。当火箭进入轨道时，它会弹出操作系统，让它绕火星运行。
我们还在研究如何才能最好地找到它。我们的基准线是让它发亮，然后用相机在几千公里外发现它，这是地球返回轨道器在接近地球时的位置。
这似乎可行，但大家还是有点担心。所以我们在考虑无线电信标，激光测距仪之类的东西。但是有很多具有挑战性的步骤，这对那些必须建造所有这些东西并使它们工作的工程师来说是有趣的。
把火星的样本带回地球对天文团体来说意味着什么?
我们已经用机器人、漫游者和着陆器从遥远的火星取样。我们有从火星吹出并降落在地球上的陨石的样本。通过对岩石的同位素分析，我们知道了它们的来源。其中一些含有气泡，与火星的大气层非常相似，这是我们在1976年和1977年用维京1号和2号测量到的。
所以，如果我们已经有了火星上的样本，为什么还要去带回更多呢?首先，我们不能准确地说出这些火星陨石来自火星的哪里。我们有一些假设，但我们不知道。第二，尽管我们在“毅力”号和其他火星探测器上有高功率的仪器和光谱仪，但这些仪器都是小型化的，所以它们可以完成这次旅行;它们的性能不如我们在地球上实验室里的仪器。
此外，恒心号在耶泽罗陨石坑获得的一些岩石没有出现在陨石样本中。我们认为，这种岩石在被吹离行星后是无法存活的。但它们是火星地质历史的关键。由于耶泽罗陨石坑的三角洲，来自那里的岩石可能与液态水有关，因此最有可能包含火星上过去生命或过去环境的有机物质的证据。
我们还不知道这是否意味着火星上曾经有过生命。我们等证据出来吧。
你会在样品中寻找什么样的东西?
就在这条路上。但为了分析它们，我们要采取特别的预防措施。因为火星被认为是潜在的宜居环境——我们已经看到那里的地下环境可能含有液态水——对于这些第一批样本，我们将使用最严格的行星保护措施。
样品将装在坚固的金属试管中，试管尽可能地惰性，这样我们就不会污染其中的内容物。它们将被打包在有多个外壳的操作系统中。然后，当操作系统到达地球返回轨道飞行器时，它被包装在也有多个外壳的进入舱中。当太空舱返回地球时，它将被拿起并打包，然后被带到一个特殊设施进行拆包。
在打开试管之前，我们要用x光检查里面的矿物成分。一些样品还可能进行高能同步加速器检查，以查看它们的组成。
只有当我们确信这样做是安全的，我们才会打开胶囊，而且我们也会以可控的方式打开。然后，其他更先进的地球化学程序将应用于样品，以查看细节，看看是否有任何有机物质与矿物。
样本采集漫游者看起来将在它的车轮上安装充气轮胎。为什么?
是啊，看起来确实像充气轮胎。但它们不是，它们实际上是由记忆金属制成的金属网，让我们可以制作一个更大的轮子，在发射时可以压缩在一个更小的包里。轮胎会膨胀，但不能通过空气充气。当我们到达火星时，它们被释放，并被允许膨胀到原来的尺寸。这样做的原因是取样漫游者将需要快速地覆盖大量的地面，更大的轮子将帮助它做到这一点。
我们也将使用四个轮子，而不是以前设计的六个。六个轮子在崎岖的地形上非常有效。四轮大轮胎，就像你在沙丘车上看到的，也可以适应崎岖的地形，特别是如果你知道地形是什么样的，我们会，在某种程度上，因为我们有毅力在地面上已经基本上在做侦察了。
你担心火星样本的污染吗？
就我个人而言，我并不担心火星污染。我认为地球和火星已经“共享唾液”数十亿年了。但与公众和政界对这种风险的看法相比，我的看法无关紧要。所以我们需要解决这个问题。我认为，这将是一个巨大的挑战，特别是考虑到我们在COVID中看到的公众对科学权威的信心。我们已经从中吸取了教训。
我们欢迎这个挑战，因为我们需要了解火星上的样本意味着什么，如果我们想让宇航员往返火星的话。我们需要详细了解行星保护意味着什么，如果我们有雄心壮志，像许多人一样，让宇航员——人类——深入太阳系，然后能够回到地球。
火星样品继电器
1.土地、探索、钻
美国宇航局的“毅力”号探测器于2020年7月发射，并于2021年2月成功着陆在火星耶泽罗陨石坑。这个大约掀背式大小的漫游者代表着人类首次到另一个星球往返旅行的第一段行程。
探测车将使用钻头收集岩石和土壤样本，并将它们储存在火星表面。
2.密封和存款
“毅力”号收集的所有样本都将放在密封的管道中，探测器将把这些管道沉积在火星表面，在探索火星表面的过程中，基本上会留下一串面包屑。
未来的火星任务——由美国宇航局和欧洲航天局共同努力——将沿着“毅力”号留下的足迹，取回样本并将它们送回地球。
3.引发了第二波
下一阶段将于2026年开始，届时美国宇航局将发射另一项火星任务，将携带着陆器，其中包括火星车、火箭和用于收集“毅力”号收集的样本的太空舱，并将它们送回地球。
着陆器的目标是降落在“毅力”号开始旅程的耶泽罗陨石坑。
4.展开和卸载
在着陆器成功着陆火星后，它将展开太阳能电池板，为欧洲航天局设计的Fetch Rover提供动力。
随后，漫游者(一种四轮运载工具，比“毅力”号稍小)将展开自己，从着陆器上展开，然后开始跟踪“毅力”号留下的样本轨迹。
5.抓去
Fetch Rover将沿着Perseverance的轨迹收集沉积在火星表面的样本。一旦找到了样本，一个机械臂就会展开来收集样本并将其储存在探测车内，然后继续寻找下一个样本。
一旦收集到足够的样本，Fetch Rover将返回着陆器。
6.交样品
一旦“取回”探测车返回着陆器，它用来收集密封样本的同一个臂将把它们转移到装载在着陆器内的火星上升飞行器的鼻锥中。
如果“Fetch Rover”无法收集到其他样本，“Perseverance”可以将它们直接带到着陆器上。
7.发射回家
一旦样本被装载到火星上升运载器上，小型火箭将从着陆器发射到火星轨道。
火星上的重力大约是地球上的三分之一，所以物体更容易达到逃逸速度，因此火箭可以小得多。预计最高可达3米高，直径约50厘米。
8.上车和下车
火星上升运载器将携带样本容器进入火星轨道并将其释放。另一艘航天器，地球返回轨道器，将检测并收集样本容器，然后返回地球。
一旦到达目的地，地球返回轨道器将把样本容器扔进地球大气层……如果一切按计划进行的话。
- 这篇文章最早出现在年的第367期BBC科学焦点杂志- - - - - -点击这里订阅
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作者
萨拉是BBC科学焦点的在线助理。她有数学物理学的MPhys，喜欢所有的东西太空，恐龙和狗。
