行星科學家們發出了呼籲，懇求建立下一個火星軌道飛行器——或簡稱 NeMO。研究人員表示，目前環繞紅色星球執行的航天器艦隊正在老化，而且沒有替代計劃正在進行中，這將危及未來的火星著陸器、漫遊車，甚至可能危及依賴軌道飛行器與地球通訊的載人任務。行星協會空間政策主管凱西·德雷爾說：“我們正處於火星探索的轉折點。NASA 宣稱自己正在‘火星之旅’中，但它甚至無法投資最基本的基礎設施來確保這一目標的推進。”
在許多人看來，NeMO 最緊迫的任務是從資深的 NASA 航天器——2001 火星奧德賽號以及自 2006 年 3 月以來一直在服役的火星勘測軌道飛行器 (MRO)——手中接過接力棒，這些航天器有因老化而報廢的風險。如果它們消失了，地球將對未來幾年傳送到火星的所有任務保持沉默。即使它們堅持下來，它們的技術也正在變得過時。例如，NeMO 可以提供寬頻地球-火星雷射通訊——這對於處理預計未來從紅色星球湧出的通訊流量來說是一個巨大的優勢。
如果配備雷達，NeMO 還可以充當尋水軌道飛行器。它可以掃描火星並繪製出地下冰水層的分佈圖，甚至可以幫助標記宇航員安全可靠的著陸區，以便他們可以利用水來滿足維持氧氣的需求以及調製火箭燃料。一些科學家還呼籲 NeMO 展示新的太陽能電動離子推進器和先進的太陽能電池陣列。憑藉這些能力，火星軌道飛行器非常適合額外的任務，例如幫助將珍貴的火星樣本送回地球，或者漫步並調查火衛一和火衛二，這顆行星的兩顆衛星。
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對於 NASA 來說，NeMO 如何融入火星探索的宏偉計劃以及成本是多少存在不確定性。事實上，擬議的 2018 財年航天機構預算要求為所有民用航天專案撥款 191 億美元。其中包括未來火星任務的資金，但沒有點名 NeMO。當被問及情況時，NASA 總部行星科學部門主管吉姆·格林僅表示：“我們正在繼續研究我們的方案，以長期支援我們在火星上的漫遊車和著陸資產的通訊。”
新的火星軌道飛行器的行星際價格標籤是多少？ 這取決於情況。低端版本將使航天器僅限於中繼通訊。如果它還將進行科學觀測，並且如果它出廠時就裝載了執行更多工的新技術，那麼成本就會大幅上升。並且從 NASA 預算中分配給 NeMO 的任何資金都必須與其他願望清單專案競爭，例如前往木星衛星歐羅巴尋找生命的探測任務，更不用說人類探索月球或火星了。
下一個火星軌道飛行器 (NeMO) 的概念草圖。圖片來源：NASA、JPL-Caltech、查爾斯·惠特塞爾、羅伯特·洛克
關鍵功能
斯坦福大學航空航天學系的斯科特·哈伯德說，NeMO 有三個關鍵功能。他是 NASA 的第一任“火星沙皇”，這個頭銜是他於 2000 年在接連發生紅色星球任務失敗後重組該航天機構的火星議程時獲得的。首先，他說，它必須取代多年前在火星上建立的老化的通訊基礎設施。否則，“所有未來的資料和未來的探索計劃都將面臨重大風險。” 其次，高解析度成像儀取代 MRO 的高解析度成像科學實驗 (HiRISE) 對於為未來的科學和載人探索著陸選擇安全且有吸引力的著陸點至關重要。
最後，哈伯德說，NeMO 應該包括的另一項任務是提供返回紅色星球土壤樣本的條件，這些樣本可能由計劃在三年後發射的所謂火星 2020 漫遊車收集和快取。工程解決方案可能是 NeMO 使用太陽能電力推進裝置掉頭飛回地球，運載一個單獨的航天器，該航天器運載來自火星的貨物，他說，或者它可以攜帶一個特殊的再入飛行器，上面裝滿了火星風化層和岩石，以便在此處卸貨。其他人建議，返回火星樣本將需要一個完全獨立的航天器，或一系列航天器，其規模約為耗資約 20 億美元的“旗艦任務”。“那是胡說八道，”哈伯德說。他總結說，如果正確設定要求，並且科學界和 NASA 中心參與這項工作以抑制他們的胃口，那麼火星樣本返回是可以負擔得起的。
然而，儘管有所有這些可能的功能和特性，一些專家表示，NeMO 有可能成為“聖誕樹”航天器。也就是說，一項任務可能會因為過多的裝飾品和搖搖欲墜的肢體而負擔過重，同時會消耗越來越多的開發資金。
概念研究
NASA 已經朝著 NeMO 取得了一些進展。早在 2016 年 4 月，該機構就向美國工業界徵集了關於新型火星軌道飛行器的想法，以便在 2020 年代可能發射。該航天機構希望該航天器能夠提供先進的通訊和成像以及機器人科學探索，以支援 NASA 在 2030 年代某個時候將宇航員送往紅色星球或其衛星附近的計劃。
2016 年晚些時候，NASA 挑選了五家美國航空航天公司來開展潛在的火星軌道飛行器任務的概念研究。這些合同中標者——波音公司；洛克希德·馬丁空間系統公司；諾斯羅普·格魯曼航空航天系統公司；軌道 ATK 公司；以及太空系統/勞拉公司——花了四個月的時間來評估對火星遠端通訊和全球高解析度成像的需求，並評估可能增加的科學儀器、光學通訊和太陽能電力推進的使用。但 NASA 尚未授予任何合同以實際推進這些概念。“我認為人們普遍認為需要採取一些措施，”洛克希德·馬丁公司深空探索主管蓋伊·博伊特爾希斯說。“但將這項措施納入 NASA 預算、獲得資金並推進到真正的採購中的機制尚不清楚。”
然而，該航天機構的時間不多了。最早可以準備好任務的時間可能是 2022 年，而針對該日期的決定需要很快做出。“如果他們想在 2022 年進行火星軌道飛行器任務……，那將需要大約四年左右的時間，特別是如果他們想注入大量新技術，”他說。地球和火星的軌道每兩年對齊一次，為每兩年一次向紅色星球發射航天器提供了機會。“令人擔憂的是，如果他們今年沒有采取任何行動，那麼他們可能不得不將其推遲到 2024 年的機會，”博伊特爾希斯指出。
NASA 的火星 2020 漫遊車計劃收集巖芯樣本，以便在未來可能的航天器任務中將這些樣本運回地球進行深入分析。圖片來源：NASA、JPL-Caltech
淺層冰
亞利桑那大學圖森分校行星影像研究實驗室主任兼 MRO 的 HiRISE 首席研究員阿爾弗雷德·麥克尤恩說，如果 NASA 真的想進行載人火星探索，那麼來自 NeMO 的科學測量至關重要。他建議，NeMO 可以在低緯度地區找到淺層冰等資源，並且可以研究宇航員是否應該避開火星的特殊區域，例如具有重複性斜坡條紋的區域。這些是沿著陡峭的火星斜坡向下延伸的狹窄、深色條紋，可能是鹹鹽水的徑跡，並且可能是火星生命的家園。
NASA 科學任務理事會科學與探索助理主任裡克·戴維斯說，將人類送往火星意味著要理清一系列問題，反過來，這意味著需要進行更多的偵察。他解釋說，配備強大的合成孔徑雷達的 NeMO 將能夠發現深層冰，並幫助規劃利用該資源供未來火星宇航員使用。“我們不知道水在哪裡，也不知道它是脈狀還是片狀分佈，”戴維斯說。“存在巨大的知識差距，你需要比我們迄今為止擁有的更高的解析度。”
令人擔憂的衰落之路
缺乏 NeMO 計劃只是威脅 NASA 將人類送往火星願望的眾多問題之一。航空航天安全諮詢小組 (ASAP) 是一個向 NASA 和國會報告的委員會，在其 2016 年年度報告中指出，該航天機構的載人火星計劃處於黃色狀態——這意味著該小組不相信 NASA 正在充分解決重要問題或擔憂。該安全小組向該機構建議設立一個火星任務計劃辦公室和/或指定一位“火星沙皇”，以促進必要的研究並確保有限的資金用於適當的技術挑戰。“NASA 在定義火星之旅方面取得了一些進展，但在小組看來，目前的計劃缺乏實質性的風險降低、技術成熟和先進的系統開發，以實現既定目標，”ASAP 報告解釋說。此外，該小組表示，建立火星計劃辦公室可以促進這些努力。
德雷爾說：“我們基本上是在利用過去十年所做的投資。” 本月早些時候，這個公共空間倡導組織釋出了一份關於 NASA 火星計劃的審查報告，強調“火星探索的未來並非一切順利”。此外，該空間倡導組織聲稱，該航天機構的紅色星球機器人計劃正處於“令人擔憂的衰落之路……現在必須做出決定才能阻止它”。德雷爾是這份名為 火星逆行：恢復 NASA 火星探索計劃的途徑 報告的合著者。該檔案在其建議中建議 NASA 應立即致力於開發一種火星遠端通訊和高解析度成像軌道飛行器，以取代目前在軌道上快速老化的資產。“你可能會認為，為一個新的軌道飛行器辯護很容易，”德雷爾說，“但到目前為止，NASA 一直無法或不願意承諾啟動一個計劃在 2020 年代初發射的軌道飛行器。”
總而言之，德雷爾說，在他看來，關於火星和該航天機構的最大收穫是明確的：NASA 在本世紀的頭十年建立了一個非凡的火星探索計劃。2010 年代，投資水平萎縮到火星計劃中只有一個任務正在開發：火星 2020 漫遊車。他指出，這款輪式機器人被設計用來獲取樣本，以便透過尚未制定藍圖甚至尚未批准的任務將其送回地球。“儘管它的科學儀器將生成比以往任何表面任務更多的資料，[火星 2020 漫遊車] 將依賴一個軌道中繼網路來返回這些寶貴的資料，而該網路將有近 20 年的歷史，”德雷爾說。關於 NeMO，正如德雷爾所見，“我們可以解決這個問題，但我們需要立即啟動這項任務。否則，我們就是在擲骰子。”