美國宇航局的火星探測計劃正處於災難性的困境中。唐納德·特朗普總統 2021 財年(FY)的預算提案中對該計劃的削減可能會終止該航天局的軌道飛行器群,以及其唯一活躍的火星探測車“好奇號”,該探測車自 2012 年以來一直在紅色星球上巡視。
如果預算數字保持不變,那麼在今年,將關閉一個老舊但功能正常的通訊中繼和科學軌道飛行器“火星奧德賽號”,該探測器自 2001 年以來一直在該星球上執行。它們還將削減“好奇號”的活動,而此時它正達到其在蓋爾隕石坑夏普山進行中的科學調查的新高度。資金短缺將使該探測車的工作在明年年底前結束,屆時它還無法探索火星古代氣候的一個重大轉變,據認為這一轉變記錄在山脈更高處的岩石中。
此外,2021 財年預算還將美國宇航局火星勘測軌道飛行器 (MRO) 的科學探測工作減少了 20%。它將 MRO 可以執行的目標觀測次數削減了一半,清除了與之相關的大部分特殊資料產品。與火星奧德賽號一樣,MRO 也是一個雙重用途的軌道飛行器,在提供未來潛在著陸地點的高解析度影像的同時,還充當重要的資料中繼站。
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預算的減少還將影響火星大氣與揮發演化探測器 (MAVEN) 航天器,將其任務的科學執行縮減至最低水平。MAVEN 自 2014 年以來一直在火星軌道上執行,使研究人員能夠追蹤該星球大氣層持續的退化——這個過程在數十億年前將火星從一個溫暖、潮溼的世界轉變為現在的寒冷、乾旱的狀態。
星際痛苦
在四月中旬的火星探測計劃分析小組 (MEPAG) 會議上,100 多位以火星為重點的科學家討論了這種嚴峻的前景,MEPAG 由美國宇航局特許成立,旨在協助規劃對那個遙遠世界的科學勘探。當然,由於持續的新冠病毒大流行,所有與會者都遠端參加了會議——這可能是火星航天器規劃和執行的另一個潛在痛苦來源,無論是經濟上的還是其他方面的,對於聯邦政府而言也是如此。隨著華盛頓特區現在花費數萬億美元來支撐美國經濟,對美國宇航局和其他聯邦機構的資助的影響仍然不確定,但可能會很重大。
美國宇航局火星探測計劃主任吉姆·沃茨金在 MEPAG 會議上表示,COVID-19“對該計劃以及我們所做的事情產生了影響”。他估計,大約四分之三或更多的直接參與火星計劃的人員已經過渡到虛擬工作場所,並且“現在預測影響還為時過早”。
計劃未來探索紅色星球的科學家們也面臨著另一個困境——儘管這與火星或大流行病關係不大。目前正在進行制定的工作,這是由美國國家科學、工程和醫學院領導的每 10 年一次的努力中的最新一次,該努力為至少未來十年設定了研究重點(以及實現這些重點的假想任務)。在外太陽系科學發現湧入的刺激下,許多研究人員現在將目光投向火星以外的其他目的地——主要是木星的歐羅巴和土星的泰坦和土衛二等含海洋的冰衛星。在經歷了數十年來以火星為重點的任務的過剩之後,科學界探索其他地方的渴望變得越來越強烈。這項新的十年調查是否標誌著行星科學家們將目光從火星移開的時刻?
火箭從火星起飛並攜帶運往地球的物質的藝術家渲染圖,這是美國宇航局長期計劃的火星樣本返回任務的一部分。圖片來源:美國宇航局和 JPL-加州理工學院
平衡之術
美國宇航局行星科學部主任洛裡·格萊澤解釋說,該計劃每年都必須在可用預算的約束範圍內平衡目標和目的。“去年需要做出許多艱難的決定:投資未來,繼續我們一直在做的事情,還是在兩者之間找到某種平衡。所有強大的組織都會這樣做。火星探測也不例外,”她說。
格萊澤說,這種平衡之術導致的預算緊縮結果是苦樂參半的。“我們與科學界分享失望之情,同時也樂觀地展望我們的新任務,因為我們知道我們已在既有約束條件下盡了最大努力,”她補充道。“話雖如此,我們將繼續尋找機會,在向前邁進的過程中,儘量減少或抵消削減。每年我們都會重新審視預算及其約束條件,並努力改善該計劃的態勢和潛力。”
美國宇航局的下一個火星任務——“毅力號”探測車——現在正在準備在今年 7 月或 8 月發射升空。該探測車旨在成為一項雄心勃勃的國際計劃的關鍵環節,該計劃旨在將火星物質樣本運回地球,該探測車的預定目標是在 2021 年在耶澤羅隕石坑著陸,該地點被認為古代環境有利於微生物生命的存在。在那裡,這輛輪式機器人將收集和快取具有天體生物學意義的樣本,這些樣本將等待未來尚未建造的任務進行回收。
格萊澤說,建造和發射“毅力號”的過程預計耗資約 24 億美元。這比該任務的原始估算高出約 3 億美元。在其主要任務期間(包括一個火星年,約 687 個地球日),在火星上執行該探測車可能還需要額外花費約 3 億美元。
目光短淺的懲罰
擬議的削減美國宇航局火星計劃的措施源於白宮管理與預算辦公室。喬治·華盛頓大學的太空歷史和政策專家約翰·洛格斯登說,這些措施旨在懲罰該航天局“毅力號”的成本超支。
洛格斯登說:“如果這種懲罰削弱了最終推動火星樣本返回工作的日益增長的勢頭,那將是非常目光短淺的。”他觀察到,將火星樣本帶回地球進行分析一直是幾代行星科學家的聖盃,也是先前十年調查的首要任務。
洛格斯登說:“必須有一種更好的方法來加強對美國宇航局科學工作的成本控制,而不會危及其存在的理由。”“當國家應對大流行的成本時,我們需要保留一些我們高度優先的未來研究工作。火星探索應該位列其中。”
美國宇航局噴氣推進實驗室首席火星科學家兼 MRO 專案成員理查德·祖雷克說,火星探測計劃的預算還不夠大,無法支援數十億美元的樣本返回工作,同時還能使其火星奧德賽號、MRO、MAVEN 和“好奇號”充分發揮潛力。
祖雷克指出,如果總統 2021 財年預算像現在這樣獲得國會批准,將對目前位於火星上的所有美國資產產生重大影響。他說,這些任務繼續返回的資料的價值是巨大的,而且在火星上更換所有這些基礎設施的成本將是巨大的。祖雷克特別指出,“好奇號”探測車值得持續支援,因為它的核動力源可以使其在未來許多年內繼續探索。一旦一項任務在另一個世界結束,任何復活都是困難的,如果不是不可能的。而且,近期似乎不太可能更換那些被關閉的能力。
祖雷克說:“火星上還有很多事情要做。”“這是一個動態的星球,其表面和大氣在許多時間尺度上都會發生變化:從幾小時到幾十年。”他說,如果美國削減其在那裡的行動,“我們將長期不知道我們失去了什麼。”
前途未卜
亞利桑那州立大學火星奧德賽號團隊成員菲利普·克里斯滕森說:“我擔心預算威脅是真實存在的。”他是該航天器熱輻射成像系統的首席研究員。克里斯滕森說,這種威脅很大程度上來自於新冠病毒大流行對美國宇航局及其專案的影響程度仍然未知。“我認為,考慮到未來幾年的不確定性,美國宇航局最好維護他們在火星上的現有資產,並保持它們的活躍狀態,直到下一個任務到達,”他補充道。
美國宇航局在紅色星球上持續取得成功的關鍵推動因素是自 1997 年以來該機構在那裡持續的軌道成像存在。這種崇高的視角允許天氣監測、對正在進行的地面任務周圍的條件進行遠端研究,以及更好地評估未來著陸點的可行性。
克里斯滕森說:“如果‘奧德賽號’[被]關閉,並且 MRO 發生故障,那麼美國持續的軌道成像記錄和存在將不復存在。”他補充說,歐洲航天局的軌道飛行器會收集影像,但美國宇航局無法控制它們。此外,克里斯滕森指出,阿拉伯聯合大公國、印度和中國都在計劃在不久的將來發射火星軌道飛行器任務。“他們正在非常努力地只是為了到達火星並進入軌道,”克里斯滕森說。“認為美國非常擅長到達火星,以至於我們可以關閉一艘執行良好的航天器,而其他國家正在竭盡全力才到達那裡,這似乎有點傲慢。”
如果美國宇航局關閉火星奧德賽號,它可能會失去的不僅僅是影像。“我非常擔心奧德賽號作為我任務的中繼資產可能會喪失,”美國宇航局“洞察號”火星著陸器首席研究員 W·布魯斯·班納特說,該著陸器自 2018 年末在那裡著陸以來一直在研究該星球的地震活動。“還有其他與‘洞察號’通訊的途徑,如果奧德賽號消失,我們仍然能夠執行並執行我們的科學任務。但是,我們尚未找到任何沒有奧德賽號的情況下不會對我們的科學產生重大影響的方案。”
然而,儘管目前大流行病肆虐,預算預測令人擔憂,但可能仍有理由保持樂觀。“全國大部分地區都失業了,人們正在生病和死亡,因此國家很難關注其他活動,”科羅拉多大學博爾德分校的行星科學家、MAVEN 任務首席研究員布魯斯·雅科斯基說。“儘管如此,美國宇航局內部的科學和探索活動幾十年來一直被認為具有很高的價值,我不認為這種情況會改變。它們在大流行病之前值得做,我預計在大流行病之後也值得做。”
