美國宇航局似乎陷入了火星岩石和硬地之間。該航天機構為機器人取回這顆紅色星球珍貴樣本以便在地球上進行詳細研究而制定的最佳計劃已經醞釀了幾十年，並被許多行星科學家視為“必做之事”。現在，它已經出了問題，由於預算和時間表極度不現實而岌岌可危。儘管目前正在進行專案大修，但沒有人能確切地說出火星樣本返回 (MSR) 計劃將如何或何時成功，立法者已威脅要徹底取消該專案。
動盪始於去年 9 月，當時釋出了由美國宇航局成立的獨立審查委員會 (IRB) 對 MSR 進行的理智檢查。IRB 發現，MSR 目前的形式可能耗資 80 億美元至 110 億美元之間，比該專案建議的預算上限高出數十億美元。此外，該委員會報告稱，至關重要的 MSR 元素幾乎不可能為計劃於 2027 年和 2028 年的發射做好準備，更不用說原計劃於 2033 年“返回地球”了。
MSR 複雜的架構是導致如此高成本和令人不安的延誤的關鍵驅動因素。官方計劃要求美國宇航局建造的著陸器前往火星，同時容納一枚小型樣本返回火箭，以及歐洲航天局 (ESA) 提供的機械臂。著陸器將在“毅力號”探測器附近著陸，“毅力號”探測器一直在忙於從其在古老的河三角洲遺址傑澤羅隕石坑周圍的探測中投放 裝滿精心收集樣本的管子。這些樣本將由“毅力號”拾取並塞進火箭，或者可能改為由一對新制造的飛行無人機（類似於“獨創號”直升機，探測器已經將其釋放到火星上）取回。
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裝滿樣本的火箭將發射進入軌道繞火星執行，與歐空局提供的航天器會合，以便隨後運輸到地球。樣本將被包裹在一個保護艙中，最終將墜落到猶他州試驗和訓練場，從而抵達我們的星球，在那裡它們將被回收並迅速運往專門的設施進行處理和進一步研究。
重新規劃和縮減規模
在全國範圍內，有 1300 多人一直在從事 MSR 工作，但這個數字正在下降。在 IRB 報告發布後，美國宇航局按下了該專案的暫停按鈕：該航天機構宣佈其幾個研究中心正在“縮減”相關工作。美國宇航局負責 MSR 管理的噴氣推進實驗室目前正在實施招聘凍結，上週該實驗室解僱了 100 名承包商。此次放緩正值美國宇航局因國會債務上限支出協議而面臨 2024 財年預算受限之際。眾議院提出的預算按照美國宇航局的要求為該專案在 2024 年撥款近 10 億美元，而參議院的預算僅提供 3 億美元，並明確威脅稱，如果該計劃的成本無法控制，將取消 MSR。
作為回應，美國宇航局成立了火星樣本返回獨立審查委員會響應小組 (MIRT)，由該航天機構負責科學的副局長桑德拉·康納利領導。康納利預計將在即將舉行的“市政廳”會議上提供有關 MIRT 流程和進展的最新情況。與此同時，該機構已推遲確認官方任務成本和時間表的計劃，等待 MIRT 在 2024 年 3 月得出結論。
美國宇航局 MSR 高階 communications 經理德韋恩·華盛頓在給《大眾科學》的一份宣告中表示：“該團隊將在 2024 財年第二季度之前就火星樣本返回在平衡的整體科學計劃中的前進道路提出建議。” “該機構將推遲確認官方任務成本和時間表的計劃，直到本次審查完成後。”
歐洲航天局方面堅持認為，根據提供給《大眾科學》的一份宣告，它“正在堅定地朝著履行其所有承諾邁進”，以便早在 2028 年發射。宣告解釋說，歐洲航天局正在與美國宇航局密切合作，重新規劃 MSR。“在歐洲航天局方面，歐洲航天局/美國宇航局研究的結果將制定為選項，然後將與 [歐洲航天局] 成員國共同決定前進的方向，”宣告稱。
優先事項問題
西南研究所（位於科羅拉多州博爾德）的行星地質學家維多利亞·漢密爾頓表示，MSR 的感知科學價值是美國宇航局和歐洲航天局在專案重新規劃中走過微妙的地緣政治鋼絲的原因。漢密爾頓還擔任火星探測計劃分析組 (MEPAG) 的主席，該委員會正在就美國宇航局的紅色星球計劃向其提供建議，並參與了去年 9 月釋出這份具有破壞性報告的 IRB。
她指出，美國國家科學院、工程院和醫學院的多個行星科學十年調查已將 MSR 奉為美國宇航局所有機器人探索工作的最高科學優先順序。然而，上次這樣的十年調查，於 2022 年釋出，估計 MSR 的名義成本為 53 億美元，並警告說，該專案的超支可能會“破壞 [美國宇航局] 行星組合的長期專案平衡”。
漢密爾頓說，實現這種平衡至關重要，因為火星並不是唯一一個爭奪更多關注和聯邦資金的誘人目的地。加強 MSR 首要地位的同一項十年調查也設定了其他幾個高優先順序目標，例如美國宇航局對天王星、金星以及神秘的土衛二和土衛六的機器人任務。漢密爾頓說，如果不加以控制，MSR 的成本和時間表超支很容易蔓延到整個航天機構的行星科學部門，擾亂這些其他專案，更不用說美國宇航局將人類送往火星的努力了。
“除了科學益處外，MSR 還將為人類探索計劃提供支援，”漢密爾頓說。“我真的不明白，如果像 MSR 這樣的探路任務被認為過於雄心勃勃或成本過高，我們如何談論將人類送往火星進行科學研究。”
在 2020 年 5 月 20 日發射前的這張照片中，工程師和技術人員將 39 個樣本管插入“毅力號”探測器的腹部。MSR 專案的成本超支和時間延誤加劇了人們對“毅力號”樣本將如何以及是否會被帶回地球的不確定性。圖片來源：UPI/Alamy Stock Photo
相反，其他人則難以理解目前形式的 MSR 如何使更廣泛的行星科學界受益，以及官方的執行計劃在被正式指出其過度之處之前是如何走得如此之遠的。一位精通航天機構的官員要求匿名，他直言不諱地稱該計劃為“垃圾箱大火”。
這位官員說：“在行星科學界，有支援 MSR 的火星派系。但外行星界並不關心 MSR。” “金星探索倡導者不關心這個，月球界也不關心。然後，也許有一半的火星界人士認為 [對於 MSR 的估計成本]，你可以想象很多火星車在表面上行駛，並看到也需要更換的整個火星軌道飛行器艦隊。”
科羅拉多大學博爾德分校 (CU Boulder) 大氣與空間物理實驗室的行星科學家弗朗·巴吉納爾是一位經驗豐富的美國宇航局行星際任務專家，他對 MSR 飆升的價格標籤是否物有所值持懷疑態度，儘管它具有歷史性的天體生物學潛力。她指出，傑澤羅隕石坑及其周圍的大部分物質都超過 37 億年，而科學家們仍在就我們自身研究得更好的地球上類似年代的岩石中存在的任何生命跡象進行激烈辯論。“那麼，透過花費數十億美元從火星返回 [這些] 樣本，我們將學到什麼？” 她問道。“很容易說，‘無論我們發現什麼，都必須是新的和有趣的。’但我們必須對納稅人負責，並詢問這是否值得付出代價。” 她認為，轉而投資開發更好的火星機器人原位研究方法可能是一種更經濟實惠的選擇，並且還可以為其他目的地（例如金星和木星冰冷的海洋衛星木衛二）帶來新的方法。
頓悟時刻
美國宇航局艾姆斯研究中心前主任斯科特·哈伯德曾於 2000 年至 2001 年擔任該機構首任火星探索計劃主任，他認為 MSR 的計劃失誤有一個簡單的解釋。他說，從歷史上看，美國宇航局表現出強烈的傾向，即在任務成本方面犯低階錯誤，以便獲得專案批准；頓悟時刻稍後到來。“美國宇航局在很大程度上依賴這一點，無論是有意識還是無意識的，”他說，特別是對於像 MSR 這樣雄心勃勃的計劃。再加上“[MSR 計劃] 如何在幾十年裡被拖延的‘演變’過程”，最終就導致了目前的局面。
科羅拉多大學博爾德分校大氣與空間物理實驗室的科學家、美國宇航局火星大氣與揮發演化任務 (MAVEN) 軌道飛行器（目前在火星上執行）的前首席研究員布魯斯·賈科斯基花費了數十年時間研究這顆紅色星球的氣候、大氣層和潛在宜居性。他認為，返回美國宇航局“毅力號”探測器快取的火星樣本以便在地球上進行研究的科學價值再怎麼強調也不為過。“我們可以在這裡進行的分析是即使使用地表上裝備最好的探測器也無法實現的，”賈科斯基說。
賈科斯基補充說，火星樣本返回之所以重要還有另一個原因。“這是展示往返火星能力的一次演示，並且對於為人類火星任務做準備而降低風險的工作來說，將是非常有價值的，”他說。“鑑於與規劃人類火星任務架構相關的預先工作已經在進行中，這似乎是前進道路上必要的一步。”
哈伯德說，拯救 MSR 可能需要使該專案成為“美國宇航局全體參與的倡議”，以利用該機構的人類探索計劃（和預算）。這可能會催生新的任務方案，從而降低複雜性（即使不能降低成本）。他指出，美國宇航局的新型太空發射系統 [SLS] 大型火箭旨在將宇航員和重型有效載荷發射到地球軌道，以便前往月球，但其龐大的尺寸可能容納 MSR 計劃的所有元素，這些元素目前計劃用於兩枚不同的火箭。他說，有了 SLS，“你可能會一次性發射整個東西。” （然而，SLS 發射的成本超過 20 億美元，約佔 IRB 預計的數十億美元超支之外的整個基線 MSR 預算的 40%。）
中國因素
對於布朗大學的行星科學家詹姆斯·海德來說，問題不在於一次火星樣本返回任務，而在於多次任務。“有如此多不同的基本科學問題需要解決，以及如此多不同的地方需要去解決這些問題，因此多次火星樣本返回任務至關重要，”他說。
多次樣本返回嘗試的可能性並非痴人說夢：中國正在計劃自己的樣本返回嘗試——一項名為“天問三號”的任務，計劃於 2028 年發射，並將爭取早在 2031 年年中將火星岩石運送到地球。去年 4 月，海德在中國合肥共同召集了一次關於該國火星樣本探索的會議。
他說：“他們顯然正在推進這項任務，”他注意到，來自中國科學院各研究所的大量中國大學生和任務人員已經提出了天問三號著陸點。“該專案進展順利，我們正在研究著陸點位置，”北京國家空間科學中心的行星科學家劉洋“史蒂夫”說。劉洋說，天問三號著陸器採集樣本將效仿中國的嫦娥五號月球任務，該任務在沒有探測器的情況下，鑽取並舀取了月球岩石，這些岩石於 2020 年 12 月被火箭送回地球。
正在審查的一個著陸地點是火星北半球中緯度地區巨大撞擊盆地烏托邦平原的南部，中國的祝融號探測器於 2021 年和 2022 年已經對其進行了考察。（美國宇航局的“海盜 2 號”著陸器也於 1976 年在烏托邦平原著陸。）海德說：“在我看來，火星地質歷史的很大一部分將包含在從該地區返回的樣本中。”
海德說，如果中國的火星樣本是第一個——或唯一一個——返回地球的樣本，那麼找到一種讓美國研究人員分享這些資料的方法將是理想的。聯邦法律目前限制了美國宇航局與中國的合作，但該航天機構最近批准了美國宇航局資助的研究人員參與嫦娥五號月球樣本研究的努力，這是一個非常積極的跡象，他說。“我們都希望美國宇航局未來能夠將此擴充套件到即將到來的嫦娥六號月球背面樣本以及未來任何中國的火星返回樣本。”
當然，海德和他的火星同仁設想的最理想的情況是美國宇航局確保其本土 MSR 專案取得成果。他說，向前邁進的選擇代表著該航天機構和國家的“重要決策點”。