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2030年前中国实施火星采样(中国火星采样返回方案)

中国探月工程总设计师吴伟仁表示,我国计划在2030年前实现火星采样返回任务。其实,这不是官方第一次如此表态了,在《2021中国的航天》白皮书发布的时候,就已经确定要实施火星采样返回,甚至在2021年6月12日国家航天局的新闻发布会上,天问一号火星探测任务工程总设计师张荣桥就对媒体公开表示过,我国要开展火星采样返回。不过,当时只是说时间在2030年前后,现在则确定是在2030年之前,更确切地说是在2028年发射,2030年前返回地球。

确定了,我国2030年前实施火星采样返回,比美国完成时间更早

我国将实施火星采样返回

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时间就在2030年之前

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这回的火星车肯定要带机械臂

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而火星采样返回,首先需要解决的问题就是要研制更大推力的运载火箭,目前的长征五号无法满足这一任务需求。这是因为火星距离地球非常遥远,最近的时候也有约5000万公里,时地月距离的130倍,最远的时候甚至达到4亿公里,而且火星有引力,上升器点火时要求的推力较大,所以需要更多的燃料和更重的载荷。

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火星采样着陆器和上升器

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上升器点火瞬间

而长征五号地火转移轨道的有效载荷大约是6到7吨,执行“天问一号”任务,让“祝融”号成功登陆火星没有问题,但带着火星样品重新起飞就比较难了。这个更大推力的运载火箭,应该就是正在研制中的我国登月火箭新921,它预计在2026年首飞,2028年出发执行火星采样任务,2030年前返回地球和实现载人登月,时间刚刚好。

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我国的大型运载火箭在外星探测方面的分工是这样的:长征三号甲/丙负责月球轨道无人探测、长征三号乙负责月球无人着陆探测,长征五号负责月球采样返回和火星着陆无人探测,新921火箭负责载人登月和火星采样返回,长征九号负责载人登火和更遥远目标探测、更大质量探测器发射任务。

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长征五号不足以实施火星采样返回

让我们回到火星采样返回这个话题,其实,美国这一次的行动比较快,以及在实施火星采样返回任务了,2020年7月30日发射的“毅力”号火星车,就是该任务的一部分。没错,美国的火星采样返回方案和我国不同,它是先放出“毅力”号在火星上进行采样,采集到的样品被放在金属罐里,留在原地,等到2026年的时候,再发射一辆欧洲制造的“取货车”,将“毅力”号采集的样品金属罐一一收集起来。

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毅力号火星车已经在采样了

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采样车和取货车

而“取货车”把收集到的样本罐装到一个安全容器和传输舱里,再将它装到一个小火箭(MAV)上。随后,小火箭发射升空,将样本容器送到火星轨道,再让一颗欧洲卫星在火星轨道上“截获”这个样本容器。然后,这颗卫星就像货运飞船一样,负责把火星岩石和土壤样本带回地球。这个过程将非常漫长,预计最早在2031年才能完成任务。

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样品罐的传输舱

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欧洲的取货车

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欧哲的取货卫星

这样说来,如果顺利的话,我国的火星采样任务开始的时间虽然比美国晚,但是完成的时间却比美国要早。美国的火星采样返回任务从2026年一直持续到2031年,需要5年时间,如果从“毅力”号发射算起,则需要约11年的时间。之所以如此漫长,就是因为SLS火箭发展不顺利,现有火箭推力不够,不得不采取分次接力、欧美联合的方式来进行。

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2031年才能返回地球

而我国则直接是嫦娥五号式的采样返回,一次将1个样本回收着陆器、1个样本采集漫游车、1个火星上升飞行器和1个地球返回轨道器发射到火星上,其中最为关键的依仗就是新921火箭。当然,如果美国SLS火箭发展顺利,或者SpaceX公司的“星舰”异军突起的话,它也可以实现类似是嫦娥五号式的采样返回。

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美国火星采样的登陆器和上升器

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上升器两个角度都可以点火

最后,必须要说的是,火星采样返回只是我国航天在21世纪20年代星辰大海的一小部分梦想,在2030年前,我们还会实现载人登月、建设月球联合科研基地、发射2到3个“星际快车”探测太阳系外层空间、进行主带彗星、小行星、以及木星系探测,一个走向太空的黄金时代,正在缓缓开启。

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火星采样返回的流程

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文章名称:《2030年前中国实施火星采样(中国火星采样返回方案)》
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