毅力号火星车拍摄的天空起重机将其索降至火星表面照片(Credit: NASA)
2025 年 1 月 7 日,美国国家航空航天局(NASA)召开媒体电话简报会,宣布火星样品返回(Mars Sample Return, MSR)项目的最新可选方案。NASA 局长比尔·尼尔森(Bill Nelson)和负责科学的副局长尼克·福克斯(Nicky Fox)参加了会议。
NASA是在 2024 年 4 月 15 日是因预算严重超支、周期严重滞后暂停火星样品返回项目并寻求新方案的。
简报会上,NASA分享了以“最快、最便宜”的方式取回30个火星样本的两种选项。
1、JPL选项
成本范围控制在6.6亿-7.7亿美元。
使用天空起重机(Sky Crane)技术。这项技术由NASA喷气推进实验室(JPL)研制,已经成功用于毅力号(Perserverance)和好奇号(Curiosity)火星车进入火星和着陆。
MSR版本的天空起重机将比投送毅力号的大20%。
天空起重机拍摄的毅力号火星车索降火星表面照片(Credit: NASA)
2、商业航天选项
成本范围为5.8亿-7.1亿美元。
基于现有商业伙伴的重型着陆器,考虑引入商业能力的可能性。
使用重新设计的着陆平台将火星上升器(Mars Ascent Vehicle)运送到火星表面。
用放射性同位素热电发生器取代太阳能电池板。
需要重新设计着陆器上的样品装载系统。
在介绍商业航天选项时,尼尔森提到了太空探索技术公司(SpaceX)和蓝色起源公司(Blue Origin),同时也不排除其他供应商的加入。
这直接指向了SpaceX的星舰(Starship),以及蓝源的货运版蓝月亮(Blue Moon)。
① SpaceX
按照马斯克的计划,SpaceX公司将在下一个地球-火星转移窗口期(2026年),首次将无人星舰发射到火星,以测试着陆可靠性。
降落火星的星舰CG(Credit: Dale Rutherford)
② 蓝源
蓝源的蓝月亮目前尚无首飞日期。其载人版着陆器已经获得了NASA阿耳忒弥斯五号(Artemis V)任务的载人登月系统(HLS)合同,阿耳忒弥斯五号的发射将不早于2029年9月。
蓝月亮将由该公司的新格伦火箭发射,该型火箭计划在不早于2025年1月10日执行首飞试验任务。
2023年10月比尔·尼尔森与蓝源创始人杰夫·贝佐斯在货运版蓝月亮模装前合影(Credit: BO)
③ 反应神速的火箭实验室
就在简报会当天,以小火箭著称的美国商业航天企业火箭实验室(Rocket Lab),第一时间做出了回应。
该公司提供了一个全要素的一体化解决方案。
该公司表示,
“
我们的火星样本返回架构将更快、更经济地将火星样本送回地球。
价格不到40亿美元,并将早于2031年返回样本。
”
上升器发射升空,离开火星表面(Credit: Rocket Lab)
3、原方案需要留用的部分
NASA宣布的两个选项主要考虑了替换着陆器,简化地面样本交接等环节,将继续留用原方案中的返回飞行器。简报会未强调上升器是否需要重新设计。
以下为原方案的视频演示和载荷组成:
原计划的MSR任务,其中返回器部分由欧空局负责(Credit: NASA/ESA)
MSR原方案载荷组成(Credit: NASA/ESA)
尼尔森强调,两种选项都将保留使用欧空局(ESA)的返回飞行器,由它将样品从火星轨道带回地球。
福克斯表示,即使选择了商业选项,喷气推进实验室(JPL)仍将参与其中。因为JPL是NASA火星领域科学中心。无论走哪条路,JPL都将发挥关键作用。是的,毕竟要返回地球的火星样本是由JPL的毅力号火星车采集的。
毅力号在杰泽罗(Jezero)陨石坑采集样本时的自拍照(Credit: NASA)
本号认为,NASA必然会选择商业航天选项。
如果从SpaceX和蓝源两家公司的产品成熟度考虑,大概率会选择星舰。如果是这样,原方案中留存的可能只有上图中左上角由欧空局研制的返回器了。
如果选择火箭实验室,原方案的载荷将被全部,不知道欧空局会做何感想。
3、计划执行和预算
尼尔森表示,由于需要充实商业航天选项所需的所有可能性,现在尚无法决定选择哪个选项。最终决定可能会在2026年做出,计划2035年实现火星样品返回地球。
与项目被叫停时相比,还是有了不少提升的。毕竟当时项目成本预计将达到110 亿美元,而返回日期将是遥远的2040年。
但,即使按照2035年的返回日期,也将晚于我国“天问三号”任务。
另外,马斯克在2024年4月MSR暂停时曾放出豪言,星舰有可能在 5 年内(2029年)从火星取回大量样品。
若真如此,侯任NASA局长贾里德·艾萨克曼(Jared Isaacman)应该会在上任后直接把MSR项目给砍了的吧。
4、天问三号任务
我国“天问三号”火星取样返回任务,计划在2028年由2发火箭接续发射,2030年完成采样,并将在2031年7月返回地球。
天问三号探测器任务过程(Credit: 孙泽洲)
天问三号探测器任务(Credit: DSEL)
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