NASA-ESA火星樣本取回任務

NASA-ESA火星樣本取回任務（NASA-ESA Mars Sample Return, MSR）是一項計畫中的火星樣本取回任務，目標是在 43 個鉛筆大小的小型圓柱形鈦製樣本管中收集火星岩石和土壤樣本，並在 2033 年左右將它們送回地球。 [1] 這項耗資約 90 億美元的任務將可以進行比火星探測器更加深入、廣泛的分析。 [2]

NASA-ESA 火星樣本取回任務標誌
火星樣本取回任務想像圖（2022年7月版）[3]

儘管此任務截至 2022 年 12 月仍處於設計、規劃階段，但毅力號火星車已經在傑澤羅撞擊坑採集樣本。[4]

任務概念與背景

火星樣本返回活動旨在將火星岩石樣本帶回地球

經過許多次提案與篩選後，目前的 NASA-ESA 計畫於 2022 年 9 月獲得批准，使用三個任務取回樣本： [5] [6] [7]

  • 樣本採集任務（毅力號）
  • 樣本收集任務（樣本收集著陸器（Sample Retrieval Lander, SRL）+ 火星上升飛行器（Mars ascent vehicl, MAV） + 樣本轉移機械手臂 + 2 架機智號级直升機）
  • 返回任務（地球返回軌道器（Earth Return Orbiter, ERO））。

該任務希望解答火星是否曾孕育生命的問題。

樣本採集

毅力號火星車

火星2020任務的毅力號火星車正在採集樣本，隨後會將樣本管留在火星地表，以供未來的任務取回。

火星 2020 毅力號火星車

至今為止毅力號收集的樣本（將留在三叉存放站的 10 個樣本以綠色框起。 )

火星2020任務的毅力號火星車於 2021 年 2 月將降落在傑澤羅撞擊坑。它將收集了多個樣本並將其裝樣本管中以備日後返回。科學家們推測，傑澤羅撞擊坑是一個古老的湖床，適合地面採樣。[8][9][10]

2021 年 8 月上旬，毅力號首次嘗試通過鑽出一個手指大小的火星岩石核心來收集地面樣本。[11] 這次採樣嘗試沒有成功。產生了一個鑽孔，然而樣品容器是空的，這是因為取樣的岩石不夠堅固，無法產生堅固的樣本。[12]毅力號隨後於 2021 年 9 月上旬對被認為更有可能獲得足夠堅固樣品的第二塊目標岩石進行取樣。研磨岩石後，通過噴射加壓氮氣清除灰塵，並檢查所得岩石表面，在 9 月 1 日鑽孔採樣。 [13] 9 月 6 日，該封裝完成，第一個樣品放入樣本管容器中。[14]

2022 年 12 月 21 日開始，毅力號開始将收集到的 10 個樣本放置在三叉樣本存放站（Three Forks Sample Depot）。

樣本

噴氣推進實驗室的毅力號任務辦公室裡，展示了樣本管（當時已封裝10個樣本管）

為了完成火星樣本取回任務，毅力號的將會收集和儲存一套岩石和土壤樣本，這些樣品在未來十年內會有後續任務將其取回。

目前在在毅力號攜帶的43個樣本管中，已經封裝15個岩石樣本（8個火成岩樣本、7個沉積岩樣本）、2個表岩屑樣本、1個大氣樣本和3個見證管，而43個樣本管中有5個見證管，會裝入毅力號探索區域周圍的環境中的氣體與微粒，作為樣本的對照組。[15]

樣本列表：
No. 採樣日期 採樣火星日 樣本名稱 樣本圖片 樣本放置日期、地點、圖片 採樣岩石、目標名稱 地點 樣本長度（公分） 岩石種類
見證管1[16]
2021年7月7日
Sol 121
N/A
N/A
北賽塔
N/A
見證管
大氣樣本1[17]
2021年8月6日
Sol 164
N/A
Roubion
多邊形谷
（Polygon Valley）
N/A
大氣
岩石樣本1[18]
2021年9月1日
Sol 190
Montdenier
 羅切特岩
（Rochette） 		阿圖比嶺
（Artuby Ridge）
5.98
 火成岩
岩石樣本2[19]
2021年9月8日
Sol 196
Montagnac
6.14
岩石樣本3[20]
2021年11月15日
Sol 262
Salette
 Brac 南賽塔
（South Séítah）
6.28
岩石樣本4[20]
2021年11月24日
Sol 271
Coulettes
3.3
岩石樣本5[20]
2021年12月18日
Sol 295
Robine
 Issole
6.08
岩石樣本6[21][22]
2021年12月29日
（失敗）
Sol 306
N/A
2022年12月21日（Sol 653）
三叉存放站 存放點1
N/A
2022年1月31日
（成功）
Sol 337
Malay
3.07
岩石樣本7[20]
2022年3月7日
Sol 371
Ha'ahóni
（Hahonih）
 Sid 奧克塔維婭·埃·巴特勒著陸場
Ch'ał 露頭
6.5
岩石樣本8
2022年3月13日
Sol 377
Atsá
（Atsah）
6
岩石樣本9
2022年7月7日
Sol 490
Swift Run
 斯金納嶺
（Skinner Ridge） 		三角洲前沿
（Delta Front）
6.69
 沉積岩
岩石樣本10
2022年7月12日
Sol 495
Skyland
5.85
見證管2
2022年7月16日
Sol 499
N/A
N/A
N/A
見證管
岩石樣本11
2022年7月27日
Sol 509
Hazeltop
 班貓嶺
（Wildcat Ridge）
5.97
 沉積岩
岩石樣本12
2022年8月3日
Sol 516
Bearwallow
6.24
岩石樣本13
2022年10月2日
Sol 575
Shuyak
 阿馬利克
（Amalik）
5.55
岩石樣本14
2022年11月16日
Sol 619
Mageik

2022年12月23日（Sol 655）
三叉存放站 存放點2
7.36
見證管3
2022年10月14日
Sol 586
N/A
N/A
N/A
見證管
岩石樣本15
2022年11月29日
Sol 631
Kukaklek
隱藏港
（Hidden Harbor）
4.97
沉積岩
表岩屑樣本1
2022年12月2日
Sol 634
Atmo Mountain
 觀察山
（Observation Mountain）
5.30
 混合的沉積和火成岩顆粒
表岩屑樣本2
2022年12月7日
Sol 639
Crosswind Lake
5.30
資料來源:[23]
樣本地圖
毅力號於首次科學活動中採集的樣本位置圖
毅力號採集的樣本位置圖

三叉樣本存放站（Three Forks Sample Depot）

NASA 的毅力號火星車為 MSR 活動進行科學和樣本採集將近一個火星年之後，於2022 年 12 月 19 日開始把十個樣本存放三叉樣本存放站。該倉庫將作為備用方案，以防毅力號無法運送樣本。 毅力號將樣本存放在一個相對平坦的地形，稱為三叉（Three Forks），這樣 NASA 和 ESA 就可以在 MSR 任務中收回它們。 該地點同時也是樣本收集著陸器的備用著陸點。

VSTB OPTIMISM 火星車測試於 Mars Yard 測試樣本存放

毅力號複雜的採樣和緩存系統需要將近一個小時的時間才能從火星車的腹部取回金屬管，用其內部緩存相機（Cachecam）對其進行最後一次觀察，然後讓樣本掉落一塊精心挑選的地面上。[24]

毅力號拍攝的火星沙塵

樣本管不會被堆放在同一個地方。每個樣本管都有一個直徑約為 5.5 米（18 英尺）的「操作區域」可供放置。10 個樣本管將以復雜的鋸齒形圖案編排放置於火星地表，每個樣本附近彼此相距約 5 ~ 15 公尺。

採用此計劃有多種原因，最大原因是因為樣本回收直升機一次只能收回一個樣本管。同時，直升機會於此處起飛和降落，並在該地點短暫行駛。 為了確保直升機能夠毫無問題地取回樣本，該計劃要得到妥善執行，並且將耗時兩個多月。

毅力號計畫於三叉樣本存放站放置樣本管的位置圖

樣本收集

早期規劃的火星樣本取回任務包括 ESA 的撿取樣本火星車及其相關的第二個著陸器，以及火星上升飛行器（Mars ascent vehicl, MAV）及其著陸器，後者將把樣本帶到 MAV，然後將樣本發射進入軌道。但考慮到成本超支後，決定以毅力號為將樣本運送到樣本收集著陸器（Sample Retrieval Lander, SRL）的主要方式。

目前計畫的的樣本收集任務為在 2028 年發射樣本收集著陸器，搭載火星上升飛行器和兩架樣本回收直升機。毅力號和直升機將把樣本運送到 SRL 。 SRL 中由 ESA 研發的樣本轉移機械手臂將提取樣本並將它們放置到火星上升飛行器的樣品返回膠囊中。 [5]SRL計畫於 2029 年在傑澤羅撞擊坑的三叉地區（Three Forks）附近著陸。

火星樣本回收直升機

SRL 將會搭載兩架機智號級直升机，兩者都將利用微型機械手臂收集樣本管至 SRL ，以防毅力號遇到問題。

火星上升飛行器（MAV）

火星上升飛行器（MAV）是 NASA 製造的 3 公尺長、兩級固體燃料火箭，由洛克希德·馬丁公司與馬歇爾太空飛行中心合作開發，它將把從火星表面收集到的樣本運送到地球返回軌道器。 [25]計劃在它點燃之前以每秒 16 英尺（5 米）的速度彈射到空中，以消除升空失誤的可能性，例如 SRL在火箭升空時滑動或傾斜。火箭的第一級將由一個升級後的 STAR-20 發動機運行 70 秒，而第二級將由一個升級後 STAR-15 發動機再燃燒 27 秒。 之後 MAV 將進入高度 380 公里的軌道。[26]樣品容器將被釋放到軌道上。

MAV 計劃於 2028 年隨著 SRL 發射。 [5]

樣本返回

地球返回軌道器（ERO）

ERO 是 ESA 開發的軌道器。[27] [28]它包括 NASA 建造的樣本捕獲/收容和返回系統 (CCRS) ，用於與 MAV 在低火星軌道 (LMO) 上會合並交付樣本。ERO 重約 6000 公斤並擁有寬度超過 40 公尺的太陽能板 （為有史以來發射到太空最大的太陽能板之一）。

ERO 計劃於 2027 年用亞利安6號運載火箭發射，[29]並於 2028 年到達火星，[5]它將使用離子推進器和單獨的推進元件逐步到達正確的軌道。 軌道器將在軌道上取回並密封樣本艙，並使用 NASA 製造的機械手臂將密封的樣本艙放入地球再入艙 (Earth Entry Vehicle, EEV) 。它將在 2033 年火星-地球轉移窗口期間返回地球。

地球再入艙（Earth Entry Vehicle, EEV）

捕獲/收容和返回系統 (CCRS) 會將樣本存放在 EEV 中。 EEV 將在沒有降落傘的情況下返回地球並著陸。 猶他州測試和訓練場的沙漠和 EEV 中的減震材料能在保護樣品免受衝擊力。[30] [31] [28] EEV 計劃於 2033 年登陸地球。[32]

參見

参考文献

  1. ^ Chang, Kenneth. Bringing Mars Rocks to Earth: Our Greatest Interplanetary Circus Act – NASA and the European Space Agency plan to toss rocks from one spacecraft to another before the samples finally land on Earth in 2031. The New York Times. 28 July 2020 [28 July 2020]. （原始内容存档于2020-12-01）. 
  2. ^ Treiman, et al. – Groundbreaking Sample Return from Mars: The Next Giant Leap in Understanding the Red Planet (PDF). [2022-12-27]. （原始内容存档 (PDF)于2016-06-10）. 
  3. ^ Chang, Kenneth. NASA Will Send More Helicopters to Mars - Instead of sending another rover to help retrieve rock and dirt samples from the red planet and bring them to Earth, the agency will provide the helicopters as a backup option.. The New York Times. 27 July 2022 [28 July 2022]. 
  4. ^ mars.nasa.gov. Mars Sample Return Campaign. mars.nasa.gov. [2022-06-15]. （原始内容存档于2022-01-08） （英语）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 Foust, Jeff. NASA to delay Mars Sample Return, switch to dual-lander approach. SpaceNews. 27 March 2022 [28 March 2022]. 
  6. ^ Future Planetary Exploration: New Mars Sample Return Plan. 8 December 2009 [2022-12-27]. （原始内容存档于2022-03-31）. 
  7. ^ Mars sample return. www.esa.int. [2022-01-03]. （原始内容存档于2022-07-02） （英语）. 
  8. ^ Welcome to 'Octavia E. Butler Landing'. NASA. 5 March 2021 [5 March 2021]. （原始内容存档于2021-03-05）. 
  9. ^ Voosen, Paul. Mars rover's sampling campaign begins. Science (AAAS). July 31, 2021, 373 (6554): 477 [August 1, 2021]. Bibcode:2021Sci...373..477V. PMID 34326215. S2CID 236514399. doi:10.1126/science.373.6554.477. （原始内容存档于2022-12-25）. 
  10. ^ mars.nasa.gov. On the Eve of Perseverance's First Sample. mars.nasa.gov. [2021-08-12]. （原始内容存档于2022-05-23） （英语）. 
  11. ^ Voosem, Paul. NASA's Perseverance rover to drill first samples of martian rock. Science (AAAS). June 21, 2021 [August 1, 2021]. （原始内容存档于2022-12-25）. 
  12. ^ mars.nasa.gov. Assessing Perseverance's First Sample Attempt. mars.nasa.gov. [2021-08-12]. （原始内容存档于2022-06-03） （英语）. 
  13. ^ mars.nasa.gov. Nasa's perseverance rover successfully cores its first rock. mars.nasa.gov. 2 September 2021 [2021-09-10]. （原始内容存档于2021-12-30） （英语）. 
  14. ^ mars.nasa.gov. Nasa's perseverance rover collects first Mars rock sample. mars.nasa.gov. 6 September 2021 [2021-09-10]. （原始内容存档于2022-06-01） （英语）. 
  15. ^ Perseverance Sample Tube 266. 2021-09-09 [2021-10-17]. （原始内容存档于2021-11-11） （英语）. 
  16. ^ 引用错误：没有为名为毅力号火星探测器 :0708 1st witness tube的参考文献提供内容
  17. ^ 引用错误：没有为名为毅力号火星探测器 :0805-0806 1st Mars Sampling Attempt的参考文献提供内容
  18. ^ 引用错误：没有为名为毅力号火星探测器 :0901 Collects 1st Mars Rock Sample的参考文献提供内容
  19. ^ 引用错误：没有为名为毅力号火星探测器 :0908 Collects Puzzle Pieces of Mars的参考文献提供内容
  20. ^ 20.0 20.1 20.2 20.3 2021: Samples in Review. 2021-12-28 （英语）. 
  21. ^ 引用错误：没有为名为毅力号火星探测器 :Assessing Perseverance的参考文献提供内容
  22. ^ 引用错误：没有为名为毅力号火星探测器 :0131 6th Rock Sample的参考文献提供内容
  23. ^ mars.nasa.gov. Perseverance Rover Mars Rock Samples. NASA Mars Exploration. [2022-06-15]. （原始内容存档于2022-11-11） （英语）. 
  24. ^ mars.nasa.gov. NASA's Perseverance Rover Deposits First Sample on Mars Surface. NASA Mars Exploration. [2022-12-22]. （原始内容存档于2023-01-20） （英语）. 公有领域 本文含有此來源中屬於公有领域的内容。
  25. ^ NASA Selects Developer for Rocket to Retrieve First Samples from Mars. NASA Press Release 22-015, Feb 7 2022. 7 February 2022 [2 July 2022]. （原始内容存档于2022-02-20）. 
  26. ^ Yaghoubi, Darius; Maynor, Shawn. Integrated Design Results for the MSR SRC Mars Ascent Vehicle (PDF). NASA Technical Reports Server. [26 April 2022]. （原始内容存档 (PDF)于2022-03-23）. 
  27. ^ Airbus to bring first Mars samples to Earth: ESA contract award | Airbus. www.airbus.com. 28 October 2021 [2021-12-14]. （原始内容存档于2022-06-03）. 
  28. ^ 28.0 28.1 Wayback Machine (PDF). 2015-09-29 [2022-12-25]. （原始内容 (PDF)存档于2015-09-29）. 
  29. ^ Earth Return Orbiter's first step to Mars. Airbus (新闻稿). 15 June 2021 [28 March 2022]. （原始内容存档于2022-06-04）. 
  30. ^ Kellas, Sotiris. Passive earth entry vehicle landing test. 2017 IEEE Aerospace Conference (Big Sky, MT, USA: IEEE). March 2017: 1–10 [2022-12-27]. ISBN 978-1-5090-1613-6. S2CID 24286971. doi:10.1109/AERO.2017.7943744. hdl:2060/20170002221. （原始内容存档于2022-07-01）. 
  31. ^ Post : NASA Eyes Sample-Return Capability for Post-2020 Mars Orbiter : Denver Museum of Nature & Science. 2017-08-31 [2022-12-25]. （原始内容存档于2017-08-31）. 
  32. ^ Gebhardt, Chris; Barker, Nathan. Mars Ascent Vehicle from Northrop Grumman takes shape for Mars Sample Return mission. NASASpaceFlight.com. 2021-06-04 [2021-08-27]. （原始内容存档于2022-05-14） （美国英语）. 

外部鏈結

  • NASA 的火星樣本取回任務官方網站 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • NASA 和 JPL 制作的火星樣本取回任務示範動畫 （页面存档备份，存于互联网档案馆）（视频）
  • 查
  • 论
  • 编
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2024年
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2028年+
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  • 《移民火星：紅色星球征服計畫（英语：The Case for Mars）》
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  • 气象卫星第一代（英语：Meteosat） (1977–1997)
  • ERS-1 (1991–2000)
  • ERS-2 (1995–2011)
  • 气象卫星第二代（英语：Meteosat） (2002–至今)
  • 歐洲環境衛星 (2002–2012)
  • 雙星 (2003–2007)
  • MetOp-A（英语：MetOp） (2006–至今)
  • GOCE (2009–2013)
  • SMOS（英语：Soil Moisture and Ocean Salinity） (2009–至今)
  • 冷衛星2號（英语：CryoSat-2） (2010–至今)
  • 蜂群卫星（英语：Swarm (spacecraft)） (2013–至今)
  • 哨兵1号/1A號（英语：Sentinel-1A）/1B號（英语：Sentinel-1B） (2014–至今)
  • 哨兵2号/2A號（英语：Sentinel-2A）/2B號（英语：Sentinel-2B） (2015–至今)
  • 哨兵3號（英语：Sentinel-3）/3A號（英语：Sentinel-3A）/3B號（英语：Sentinel-3B） (2016–至今)
  • 哨兵5先驱者号（英语：Sentinel-5 Precursor） (2017–至今)
  • ADM-Aeolus（英语：ADM-Aeolus） (2018–至今)
  • BIOMASS（英语：BIOMASS） (2023)
  • EarthCARE（英语：EarthCARE） (2023)
  • 气象卫星第三代（英语：Meteosat）
    • 哨兵4號（英语：Sentinel-4）(2023)
  • FLEX（英语：FLEX (satellite)） (2024)
  • MetOp-SG-A（英语：MetOp-SG） (2024)
  • 微笑计划 (2024)
  • MetOp-SG-B（英语：MetOp-SG） (2025)
ISS太空飛行
  • ISS贡献（英语：European contribution to the International Space Station） (1998–至今)
  • 哥倫布号 (2008–至今)
  • 凡尔纳号飞船（英语：Jules Verne ATV） (2008)
  • 穹顶舱 (2010–至今)
  • 約翰內斯·開普勒号 (2011)
  • 爱德华多·阿马尔迪号（英语：Edoardo Amaldi ATV） (2012)
  • 阿尔伯特·爱因斯坦号（英语：Albert Einstein ATV） (2013)
  • 乔治·勒梅特号（英语：Georges Lemaître ATV） (2014)
  • 歐洲機器人手臂（英语：European Robotic Arm） (2021)
通訊
  • GEOS 2（英语：European Space Research Organisation#GEOS） (1978)
  • 奥林巴斯1号（英语：Olympus-1） (1989–1993)
  • 阿蒂米斯号（英语：Artemis (satellite)） (2001–至今)
  • GIOVE-A（英语：GIOVE#GIOVE-A） (2005–至今)
  • GIOVE-B（英语：GIOVE#GIOVE-B） (2008–至今)
  • HYLAS-1（英语：HYLAS-1） (2010–至今)
  • 伽利略IOV (2011–至今)
  • 伽利略FOC (2014–至今)
  • EGNOS
  • 欧洲数据中继系统（英语：European Data Relay System） (2016–至今)
技術论证
  • ARD（英语：Atmospheric Reentry Demonstrator） (1998)
  • PROBA-1 (2001–至今)
  • YES2（英语：Young Engineers' Satellite 2） (2007)
  • PROBA-2（英语：PROBA-2） (2009–至今)
  • PROBA-V（英语：PROBA-V） (2013–至今)
  • IXV (2015)
  • 激光干涉空間天線開路者號 (2015-2017)
  • OPS-SAT（英语：OPS-SAT） (2019–至今)
  • PROBA-3（英语：PROBA-3） (2023)
已取消
  • 哥伦布号（英语：Columbus Man-Tended Free Flyer）
  • 达尔文号任务（英语：Darwin (spacecraft)）
  • 回声号
  • 爱丁顿号（英语：Eddington (spacecraft)）
  • EXPERT（英语：European eXPErimental Re-entry Testbed）
  • 赫尔墨斯号
  • 霍普号（英语：Hopper (spacecraft)）
  • 阁楼号
  • 月球登陸器（英语：Lunar Lander (spacecraft)）
  • 马可波罗号
  • 马可波罗-R号
  • STE-QUEST
计划中
失敗
斜體字 為未来的任務。
  • 查
  • 论
  • 编
事件和物體
相关的信号
误认
  • CP 1919 （被误认的脉冲星）
  • CTA-102（英语：CTA-102） （被误认的类星体）
恒星信号
  • KIC 8462852 （不寻常的光波动）
  • EPIC 204278916 （不寻常的光波动）
  • VVV-WIT-07（英语：VVV-WIT-07） （不寻常的光波动）
  • HD 164595 （未知的无线电信号）
其他
已知可能
存在过生命的天体
行星適居性
相关航天任务
星际通讯（英语：Interstellar communication）
假说
相关主题
  • 查
  • 论
  • 编
學科
主要议题
行星適居性
  • 適居帶
  • 联星系统的适居性（英语：Habitability of binary star systems）
  • K型主序星系的适居性（英语：Habitability of K-type main-sequence star systems）
  • 天然卫星適居性（英语：Natural satellite habitability）
  • 红矮星系统的适居性（英语：Habitability of red dwarf systems）
  • 适居太阳系外行星目录
  • 托林
  • 地外液態水
  • 星系适居带（英语：Galactic habitable zone）
太空
任务
地球轨道
  • Biolab（英语：Biolab）
  • Bion
  • BIOPAN（英语：BIOPAN）
  • Biosatellite program
  • ERA
  • EXOSTACK
  • 月球微型生态系统
  • EXPOSE
  • O/OREOS
  • OREOcube
  • Tanpopo
火星任务
彗星和
小行星
规划中
提议中
已取消
  • Astrobiology Field Laboratory
  • 小獵犬3號（英语：Beagle 3）
  • Living Interplanetary Flight Experiment
  • Mars Astrobiology Explorer-Cacher
  • 類地行星發現者
机构
和方案
  • 英国天体生物学会（英语：Astrobiology Society of Britain）
  • Astrobiology Science and Technology for Exploring Planets
  • 突破倡議
    • 突破聆听（英语：Breakthrough Listen）
    • 突破讯息（英语：Breakthrough Initiatives#Breakthrough Message）
    • 突破摄星
  • 卡尔萨根研究所（英语：Carl Sagan Institute）
  • 欧洲天体生物学网络协会（英语：European Astrobiology Network Association）
  • 美国宇航局天体生物学研究所（英语：NASA Astrobiology Institute）
  • Nexus for Exoplanet System Science
  • 海洋世界探索计划
  • 西班牙天體生物學中心（英语：Spanish Astrobiology Center）
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