2024年9月初，中国宣布计划于2028年发射火星采样返回任务，这使中国有望成为第一个从另一个星球将物质带回地球的国家。此前，美国国家航空航天局(NASA)于2024年4月公开承认，其自身的火星采样返回任务超出预算且进度落后，预计发射日期可能要推迟到2030年之后。当全世界都在关注“月球竞赛2.0”时，中国正站在腾飞的跳板上，有望成为第一个成功将物质从另一个星球带回地球的国家。如果美国不调整努力和资源，中国将超越所有其他国家，成为这一重大太空里程碑的缔造者。不过，美国仍然有机会获胜。
问题1:我们是如何走到这一步的?
A1:2011年，美国国家科学院发布了一份具有影响力的十年期报告，建议美国国家航空航天局(NASA)在2013年至2022年期间，应与欧洲航天局(ESA)合作，优先制定并执行一项将火星表面样本送回地球的任务。这项建议影响了“毅力号”火星车的开发，该火星车于2020年发射至火星，其任务目标之一是收集并保存火星表面的样本，以便在未来执行的飞行任务中返回地球。自2021年2月登陆火星以来，该火星车已收集了43个火星表面样本中的28个，并储存在试管中，准备返回地球。2022年，NASA和ESA批准了一项多阶段联合任务，以回收样本，将其运送到火星轨道，并运回地球。
2023年9月，一个独立审查委员会得出结论，NASA的火星样本返回(MSR)任务将耗资80亿至110亿美元，尽管NASA的计划成本不到30亿美元。此外，委员会评估认为，MSR可能不会在2033年之前发射，比原定时间推迟了五年，这意味着样品可能要到2040年代才能到达地球。委员会发现，该项目的成本激增和延迟源于几个方面的挑战，包括不切实际的预算和进度预期、组织结构复杂、沟通效率低下、供应链和劳动力短缺以及组织责任不明确。
报告发布两个月后，即2023年11月，NASA暂停了MSR项目的工作。2024年4月，NASA宣布，110亿美元的价格和调整后的时间表(约2040年返回火星样本)是不可接受的。为了重新启动该项目，美国国家航空航天局(NASA)于2024年4月向业界寻求意见，希望找到既能缩短时间又能降低成本的方法，并于2024年6月选定了七家公司，开始研究替代方案。
问题2:中国有什么火星计划?
A2:2024年9月5日，中国无人火星采样返回任务(代号为“天问三号”)的首席设计师宣布，该任务将于2028年由两枚重型长征五号火箭发射。此前，中国航天官员曾公开表示，发射时间可能在2028年至2030年之间，任务持续时间约为三年。这意味着中国可能能够在2031年左右从火星带回样本，而美国国家航空航天局(NASA)即使按照原计划进行，也远不能在2031年之前带回自己的样本。鉴于中国一贯遵守公开宣布的太空任务时间表，包括雄心勃勃的任务，例如最近从月球背面带回样本的嫦娥六号任务，因此没有理由认为“天问三号”不会按计划于2028年发射。
天问三号将是中国的第二次火星任务，也是天问号机器人行星探索计划的一部分，该计划旨在探索木星、火星、金星和近地小行星。中国首次自主火星任务天问一号于2021年2月发射，由轨道器、着陆器和漫游器组成，七个月后到达火星。2021年5月，天问一号着陆器和漫游器安全着陆火星表面，中国成为继美国之后第二个成功将运行中的航天器软着陆在火星上的国家。除了证明有能力到达火星并着陆外，中国还展示了建造和运营样本返回任务的能力，在2020年的嫦娥五号和2024年的嫦娥六号任务中，成功收集了月球样本并将其带回地球。
问题3:这有什么意义?
答案3:虽然许多国家都成功执行过其他天体的取样返回任务，但还没有国家采集过其他星球的样本并将其带回地球。1969年，阿波罗11号宇航员携带22公斤月球表面样本返回地球，美国成为第一个带回其他天体样本的国家。随后，苏联和中国也分别执行了将月球物质带回地球进行分析的任务。2006年，美国国家航空航天局成功捕获并送回了彗星样本。美国和日本也完成了从近地小行星带回样本的任务。
火星样本返回任务的难度比之前的任务要高得多，这不仅是因为这是首次将另一个星球的样本送回地球，还因为这是来自另一个有大气层和水的证据的世界的样本。专家们认为，火星可能曾经孕育过生命。火星样本的返回将为科学家提供机会，让他们仔细研究火星物质，以寻找火星上是否曾存在生命的迹象。如果最终证明生命起源于地球以外的其他地方，这将是一项比现代任何其他科学发现都更重要的科学发现，也是人类历史上最重要的科学发现之一。即使没有生命迹象，对火星样本的分析也可能为火星的化学成分和地质历史提供新的见解。谁第一个带回火星样本，谁就有机会领导国际团队取得这些发现。
除了可能取得科学突破外，从火星带回物质还带来了不可估量的污染地球环境的风险。来自另一个星球，特别是可能存在生命的星球的物质，在对其进行充分分析和评估之前，必须与地球环境完全隔离。如果中国完成了首次火星样本返回任务，那么中国就有责任确保这些材料不会对地球上的生命构成危害。如果对材料的安全性判断错误，可能会给地球和人类带来完全未知的风险。
问题4:美国还能赢得这场竞赛吗?
A4:NASA向工业合作伙伴寻求帮助，于2024年6月与七家公司签订合同，分别是洛克希德·马丁公司、SpaceX、Aerojet Rocketdyne、Blue Origin、Quantum Space、诺斯罗普·格鲁曼公司和Whittinghill Aerospace，要求他们提出加速MSR时间表并降低成本的建议。每家公司都获得了150万美元的合同，用于开展为期90天的研究。NASA表示，在2024年4月的招标中收到了48份提案。
在这七家公司中，只有洛克希德·马丁公司成功制造了登陆火星的飞船。洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司都曾与美国国家航空航天局合作过MSR项目，因此，如果他们的研究重点是加速使用已为传统任务开发的技术，这并不奇怪。另一方面，SpaceX提案的标题表明，它将基于“星舰”设计样本返回任务。除了这七家公司之外，NASA的喷气推进实验室(JPL)和约翰霍普金斯大学的应用物理实验室也将研究如何降低MSR的预期成本。值得注意的是，JPL是NASAMSR的主要中心。
除了这些研究的结果，NASA和国会是否愿意优先为一项改进后的任务提供资金和资源，将可能决定美国是否能够在中国之前完成火星样本返回。有了支持和资金，NASA可以尝试使其计划重回正轨，击败中国。在这场竞赛中，美国有一个中国没有的明显优势:一个具有改变游戏规则的创新历史的太空私营部门。通过研究，NASA似乎已经蓄势待发。希望NASA下一步能够资助一种或多种创新方法，实现往返火星。这或许是一个机会，让传奇的航空航天巨头与SpaceX和BlueOrigin等颠覆者进行合作，制定出满足紧迫时间表的解决方案。加速火星任务也可能为美国提供机会，从欧洲、日本、加拿大和阿拉伯联合酋长国等国际合作伙伴那里获得更多的太空专业知识和资源。
无论如何，这是NASA和美国工业界证明自己实力的机会，证明他们有能力应对最艰巨的太空挑战。与阿耳忒弥斯计划那个旨在让美国人重返月球，而美国已经完成了这一壮举相比，火星样本返回任务可能成为NASA现代划时代的成就。在中国之前完成这一任务并不便宜，但这是值得付出的代价。如果未能付出这一代价，则可能损害国家声誉，并错失历史上最伟大的发现——另一个星球上的生命——的机会。如果真的这样，那么几代人之后，美国人回顾这一刻时都会感到失望，并想知道这样一个创造历史的奖项是如何溜走的。
战略与国际研究中心2024年9月24日克莱顿·斯沃普
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