當美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局的官員，以及中國的規劃者，都在規劃從火星取回樣本的極其昂貴和複雜的任務時，越來越多的研究人員正在設計低成本和新穎的方法來進一步探索這顆紅色星球。
無論是透過 增強型直升機 還是廉價的著陸器和軌道飛行器，他們都認為現在是時候編寫新的方法，從那個遙遠世界的各種地點收集更多資料了。
加州理工學院（位於帕薩迪納）的行星科學家 Bethany Ehlmann 支援使用相對低價的航天器進行下一輪調查。
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“火星和地球一樣，是多樣化的。不同的地點捕捉到不同的環境快照，”Ehlmann 告訴 Space.com。她補充說，有很多探索工作要做，並引用了訪問航天器從軌道上拍攝的令人驚歎和奇異的地點，例如 水手號峽谷 系統和火星極地冰蓋。
“像火星這樣複雜的系統既需要廣度也需要深度，”Ehlmann 說，“這意味著要透過技術或新的專案模式和合作，找到新的方法在多個地點進行探索，從而降低每次航天器任務的價格。想象一下，全國各地的大學運營著六個移動火星探測器……這將激發學生對科學和工程事業的熱情！”
經過數十年的 火星 探索，許多重要的遺留問題只能透過“腳踏實地”來回答，無論是機器人的“腳”還是人類的腳，Ehlmann 說。
“新太空”方法
“美國國家航空航天局一直是一個非常規避風險的機構。這是完全可以理解的，因為花費的是納稅人的錢，”加州大學伯克利分校空間科學實驗室行星科學和天體生物學副主任 Robert Lillis 說。
Lillis 指出，美國國家航空航天局的行星探索小型創新任務（SIMPLEx）計劃是“大膽的嘗試”，旨在以典型“發現”級任務成本的一小部分促進一流的行星科學。（美國國家航空航天局的“發現”計劃支援雄心勃勃但成本相對較低的探索工作。“發現”級任務目前的成本上限約為 5 億美元。）
Lillis 說，SIMPLEx 也可以作為探索成本和風險之間權衡的探路者。
例如，“逃逸和等離子體加速與動力學探測器”（EscaPADE）任務是一項 SIMPLEx 專案，Lillis 說，就每美元的科學價值而言，它有望獲得非常高的價效比。這項火星任務的總成本預計在 2026 年左右到達紅色星球軌道，預計不到 8000 萬美元。
雙子座 EscaPADE 探測器 將為火星高度複雜的高層大氣系統提供獨特的“立體”視角，Lillis 說。“我們的兩個航天器——藍色和金色——將為我們提供兩雙眼睛，使我們能夠首次瞭解火星大氣層損失模式對太陽風的電磁陣風和狂風的即時響應，這些陣風和狂風衝擊著火星，”他說。
Lillis 說，採用“新太空”方法進行航天器開發將使小型衛星星座能夠以前所未有的保真度和覆蓋範圍探索和監測 火星大氣層。“我們將能夠看到地球各個部分的各個時間段，從地表到高層大氣層。”
Lillis 補充說，這種“態勢感知”對於保護 未來的人類探險家至關重要，主要體現在兩個方面。首先，更好地描述近地表氣壓和風力，可以實現更安全的進入、下降和著陸。其次，天氣監測將透過資料同化實現準確的天氣預報。
“當我們談到火星上的天氣預報對於探險家的安全至關重要時，我們談論的是 沙塵暴，區域性或全球性，”Lillis 說。“沙塵暴會降低太陽能發電和能見度。”
點綴遙遠的星球
一種在火星上廉價且安全著陸的新技術是小型高衝擊能量著陸裝置（SHIELD）概念，目前正在美國國家航空航天局噴氣推進實驗室（JPL）（位於南加州）進行研究。
“SHIELD 基本上既是著陸器又是減震器，”SHIELD 的首席研究員 Louis Giersch 說。
“它無法將像 毅力號漫遊車 這樣的航天器放到地表，但它可以讓科學家在搭乘美國國家航空航天局的大型任務時，研究更多火星表面，”Giersch 補充說。“我們仍在評估哪種科學儀器有意義，但氣象感測器、相機和質譜儀都在設計中。”
SHIELD 的目標是將火星著陸器的成本降低一個數量級，從而使廣泛的潛在任務成為可能。例如，這項技術可能使美國國家航空航天局能夠在相對較短的時間跨度內部署數十個獨立的機器人，用著陸器點綴遙遠的星球。
Giersch 說，相對於更傳統的火星著陸器，SHIELD 將對科學有效載荷施加更多限制。他說，科學有效載荷需要更加緊湊和堅固，但由於任務成本降低，預計可以更頻繁地訪問火星表面，這將帶來好處。
正規化轉變
噴氣推進實驗室的 SHIELD 系統工程師 Nathan Barba 補充說：“以低成本頻繁訪問火星的機會就在眼前。”當 火星立方體一號 （MarCO）A 和 B 立方體衛星（暱稱 EVE 和 WALL-E）於 2018 年 11 月成功飛越火星時，這扇大門就打開了。這對雙子星由噴氣推進實驗室建造和運營，僅耗資 1850 萬美元，與美國國家航空航天局的“洞察號”火星著陸器搭便車。
“SHIELD 可以作為單個著陸器交付，也可以在單次發射中交付多個。像 SHIELD 這樣的低成本著陸器可以實現首次測量或探路者探索，例如地面實況資訊，這對規模更大、成本更高的任務至關重要，”Barba 說。
Barba 繼續說，增加太空訪問機會令人興奮，“因為它意味著更多在火星上進行科學研究的機會。如果一類新的低成本行星際任務能夠實現，它將促進更加多樣化的研究，併為許多新的職業生涯早期的科學家和工程師提供機會。”
Barba 說，與 火星樣本返回活動 並行，規模更小、成本更低的航天器任務可以提供十年級的科學成果。他說，能力和成本的正規化轉變可以歸因於許多因素，從發射成本降低一個數量級（透過共享發射和新興的小型運載火箭實現），到能夠進行高精度和/或從根本上新穎的測量的科學儀器的製造。
寓教於樂的時刻
美國國家航空航天局 機智號 直升機的多次飛行已經支援了另一個未來的火星探測想法。“機智號”是一項技術演示器，顯然展示了其航空“萊特兄弟般的才能”——但接下來會發生什麼呢？
美國國家航空航天局艾姆斯研究中心（位於矽谷）的火星科學直升機飛行器系統負責人 Shannah Withrow-Maser 說：“‘機智號’的飛行已經超出了我們所能想象的範圍。”她告訴 Space.com，“每次飛行都在教給我們越來越多的東西，併為未來的任務概念打開了大門。”
一個正在醞釀的想法是一種先進的火星直升機，一種六旋翼飛行器，它可以比目前飛行的“機智號”運載更大的有效載荷並飛行更遠的距離。Withrow-Maser 說，這種 火星科學直升機 方法正在形成，這要歸功於“機智號”資料提供的寓教於樂的時刻，這些資料在每次飛行後都會下載和評估。
Withrow-Maser 說：“每次‘機智號’飛行時，我們都會有點屏住呼吸。”“我們一次進行一次飛行。它遠遠超出了地球上設計和測試的界限。”
空中探索
Withrow-Maser 說，定義未來的火星旋翼飛行器本身就是一項艱鉅的任務。“我們能夠用旋翼飛行器做一些非常酷的事情，”她說，“從任何地方起飛，也可以盤旋在感興趣的物體上。”
目前正在評估的是未來在半空中部署六旋翼飛行器，它將在進入、下降和著陸過程的一部分中釋放。從理論上講，可以調查各種漫遊車難以或不可能探索的火星特徵——例如，極地冰蓋、垂直懸崖和泥火山。
該飛行器還可以飛越被稱為 季節性斜坡紋線的神秘火星暗條紋，這可能是液態水活動的跡象。六旋翼飛行器還可能有助於繪製大氣層的垂直剖面圖，甚至潛入熔岩管開口。
Withrow-Maser 說：“社群才剛剛開始瞭解使用航空探索可以做些什麼。”“旋翼飛行器使我們能夠移動得更遠、更快。新的飛行器平臺可以成為各種科學的催化劑。我認為我們處於有利地位，能夠利用任何可能降臨到我們身上的機會。”
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