NASA与ESA正在制订火星样本返回任务计划

NASA与ESA正在制订火星样本返回任务计划将火星上的样本带到地球上进行未来的研究将由多个航天器分几个步骤进行，而且在某些方面是同步进行的。样本返回活动的关键时刻分别有：登陆火星、固定样本管到将其发射到火星表面并将其运回地球。这个简短的动画展示了美国宇航局和欧洲航天局的火星样本返回活动的关键时刻，从登陆火星和固定样本管到将它们发射到火星表面并将它们运回地球。动画由美国宇航局喷气推进实验室、欧洲航天局、戈达德太空飞行中心和马歇尔太空飞行中心提供。美国宇航局和欧洲航天局（ESA）正在计划如何将第一批火星物质的样本带回地球进行详细研究。火星毅力号探测器是这个国际星际探测接力队的第一站，它的工作是在火星上收集和储存样本。一个样品返回器将在杰泽罗环形山附近或在那里着陆，它自带一个小型火箭，将毅力号所收集的样品转移到上面。两架类似于“Ingenuity”的直升机将提供在火星表面检索样品的辅助能力，这款无人直升机已经被证明可以在火星上飞行并可以存活许久以协助完成许多任务。一旦样本被发射出火星，另一个航天器将在火星轨道上捕获它，然后在20世纪30年代早期到中期将它安全地带回地球。这些首次收集和送回的样本可以回答一个关键问题：火星上是否曾经存在过生命。只有把样本带回来，我们才能通过使用最复杂、最先进的实验室真正回答这个问题，届时后人可以使用尚未发明的技术来研究它们。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333267.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333267.htm

NASA测试将火星土壤样本送回地球的火箭发动机

NASA测试将火星土壤样本送回地球的火箭发动机SRM2试验点火NASA/JPL-Caltech美国国家航空航天局（NASA）的"坚毅"号火星探测器目前正在红色星球的表面漫游，边走边采集土壤和钻探样本。这些样本被密封在特制的管子里，像火星寻宝游戏中的容器一样沿途投放。这些样本管随后将被"坚毅"号和两架备用直升机收集起来，并将样本送回装有美国宇航局火星上升飞行器（MAV）的回收着陆器。着陆器上的一个特殊机械臂将把样本盒放入小型固体燃料火箭中。反过来，这将把样本库送入环绕火星的轨道，在那里与欧空局的轨道器会合，后者将在2030年左右把载荷带回地球。MAV升空的艺术家概念图NASA/JPL-Caltech由于MAV是首个从另一个星球升空的火箭设计，而且它必须在真空和寒冷的太空中飞行数月后，在距离任务控制中心一亿英里的地方自主升空，因此NASA自然非常希望确保它的性能达到预期。为此，NASA在加利福尼亚州爱德华兹空军基地试射了MAV的两个火箭发动机SRM1，在马里兰州埃尔克顿的诺斯罗普-格鲁曼公司试射了SRM2。SRM1是第一级火箭，将飞行器从着陆器上发射出去，它是两个发动机中较大的一个，在冷却到-20°C（-4°F）的真空室中进行测试。之所以在这样的条件下进行测试，是为了测试发动机的超音速喷管，它是万向推力矢量控制系统的一部分，因为这种部件通常不会遇到如此寒冷的环境。与此同时，SRM2不仅承受了同样的温度，而且转速达到了200RPM，这正是飞行中会出现的情况。据美国国家航空航天局称，发动机通过了鉴定，下一阶段的测试仍在继续。NASA马歇尔太空飞行中心的MAV推进器经理本杰明-戴维斯（BenjaminDavis）说："这次测试表明，我们国家有能力研制出一种运载火箭，它既能成功地轻便地飞往火星，又能坚固耐用地将一组样本送入轨道带回地球。现有的硬件告诉我们，我们的技术已经准备好继续开发了。"遗憾的是，这些测试是在整个采样返回任务前途未卜的阴影下进行的。最近，美国参议院的一个委员会要求美国宇航局将任务的总费用控制在不超过53亿美元的范围内，而航天局估计仅开发费用就需要90亿美元。如果参议院拒绝进一步拨款，或者美国宇航局无法找到合适的经济削减方案，那么这些火星样本可能要在红色星球上放置相当长的一段时间。下面的视频展示了火箭发动机的测试过程。>...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374729.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374729.htm

NASA的火星上升飞行器（MAV）风洞试验宣告完成

NASA的火星上升飞行器（MAV）风洞试验宣告完成这幅插图显示的是美国国家航空航天局（NASA）的火星上升飞行器（MAV）正在进行动力飞行。MAV将把装有火星岩石和土壤样本的管子送入环绕火星的轨道，欧空局的地球返回轨道器飞船将把这些样本装入一个高度安全的密封舱，然后送往地球。资料来源：美国国家航空航天局MAV（火星上升飞行器）团队最近在美国宇航局马歇尔太空飞行中心完成了风洞试验，该设施一直是美国宇航局阿波罗计划任务的重要组成部分。该设施曾为美国国家航空航天局的低地球轨道和月球任务提供了宝贵的测试，现在正帮助该机构准备从火星发射第一枚火箭。美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）联合计划在2030年代初将经过科学筛选的火星样本带到地球，火星飞行器是该计划的重要组成部分。风洞试验工程师萨姆-施密茨（SamSchmitz）将火星探测器的比例模型装入美国宇航局马歇尔太空飞行中心的三相风洞进行测试。这个14×14英寸的风洞曾用于测试阿耳特弥斯、红石、木星-C、土星等运载火箭的配置。资料来源：美国国家航空航天局/乔纳森-德尔MAV气动声学负责人安妮-凯瑟琳-巴恩斯（AnnieCatherineBarnes）是7月份测试活动的共同负责人，她说团队在风洞内对比例模型进行了多角度测试，以了解气流可能对MAV结构产生的影响。巴恩斯将其比作飞机上的湍流。火星轨道飞行器的比例模型在马歇尔的三声道风洞中进行测试。风洞的测试部分只有14英寸的高度和宽度，但风速可达5马赫。资料来源：美国国家航空航天局"我们正在为运载火箭寻找湍流区域，"她说。"我们正在寻找可能导致结构反应的冲击振荡和大面积压力波动"。研究小组将利用7月份测试活动的数据和其他分析，更好地估计MAV成为第一个从另一颗行星表面发射的运载火箭时将面临的环境。这幅插图展示了美国国家航空航天局（NASA）提议的火星样本取回着陆器的概念，该着陆器将搭载一个名为"火星上升飞行器"的小型火箭（高约10英尺或3米）到达火星表面。火箭将装载由美国宇航局"坚毅"漫游车采集的火星岩石和土壤样本的密封管，然后发射进入火星轨道。然后，这些样本将被运往地球进行详细分析。资料来源：NASA/JPL-CaltechMAV支持计划中的火星样本返回活动，该活动将把经过科学选择的样本带到地球，利用全世界最先进的仪器进行研究。与欧空局的这一战略伙伴关系正在开发技术和初步设计，以完成首次从另一个星球返回样本的任务。目前，美国国家航空航天局（NASA）的"坚毅号"漫游车在探索一个古老的河流三角洲期间收集的样本有可能揭示火星的早期演变，包括古代微生物生命的可能性。在马歇尔公司的管理下，MAV将搭载样品回收着陆器从地球发射，进行为期两年的火星之旅。它将在火星表面停留近一年的时间，接收"毅力号"采集的样本。欧空局地球返回轨道器的艺术家印象。图片来源：ESA/ATGMedialab在着陆器上的样本转移臂将样本装入火箭中的容器后，MAV将从火星发射进入环绕火星的轨道，释放样本容器供欧空局开发的地球返回轨道器捕获。这些样本预计将于2030年代初到达地球。火星样本送回计划由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室（JPL）负责管理。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387497.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387497.htm

NASA正在为迄今为止最重的火星着陆器制作支腿与脚垫

NASA正在为迄今为止最重的火星着陆器制作支腿与脚垫工程师AbelDizon解释美国宇航局喷气推进实验室为火星取样返回活动设计的着陆器原型如何进行跌落测试。图片来源：NASA/JPL-Caltech火星取样返回活动的着陆器。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院让最重的航天器登陆火星美国国家航空航天局（NASA）正在汲取几十年来成功登陆火星的经验，并将这些经验应用到样本回收着陆器的概念中，这将是迄今为止登陆火星的最大航天器，重达5016磅（2275千克）。除了依靠下一代降落伞和12个火箭发动机来减缓飞船降落火星的速度外，着陆器还需要双腿来帮助吸收着陆时的冲击力。飞船将搭载一枚火箭，把"毅力号"精心包装的样本发射到等待的轨道器上。欧空局提供的一个8英尺（2.5米）长的机械臂将把这些样品管装入火箭。着陆器最多可搭载两架小型直升机作为后备，以取回存放在样本库中的样本管。因此，着陆器设计上就需要那么重。JPL的另一位工程师摩根-蒙塔尔沃（MorganMontalvo）在原型机下方的地板上设置护栏，以测试着陆器在火星着陆时会不会被岩石"绊倒"。图片来源：NASA/JPL-Caltech为了了解着陆时如何吸收能量，JPL的工程师们在今年早些时候进行了跌落测试，为设计和后续测试提供参考。其中一系列测试包括将一个八分之三比例的早期概念着陆器模型掉落到坚硬的地板上，而另一项测试则是将一个全尺寸的脚垫摔入模拟的火星土壤中。团队可以将测试中观察到的结果用于改进设计。参与测试的JPL工程师摩根-蒙塔尔沃（MorganMontalvo）说："这个着陆器和我们一开始的设计已经有了天壤之别。"团队必须考虑到每一种可能的着陆情况，包括如果航天器以一定角度着陆并在岩石上"绊了一下脚趾"会发生什么。在一系列测试中，为了尝试制造这样的挑战，他们将原型机悬挂在一个钟摆上，使小型着陆器以一定角度着陆。三脚架上的摄像机环绕着着陆面，地面上是一块巨大的黑色金属板。一个低矮的护栏兼作岩石。JPL正在用这个装置测试未来火星着陆器的一个直径为16英寸（40厘米）的脚垫。脚垫被放入一个装满10000磅（4,536千克）模拟火星土壤的试验台中，以观察它下沉的深度。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院蒙塔尔沃喊道："3-2-1倒计时。"着陆器"砰"的一声俯冲下来，撞上了护栏。当研究小组随后研究高速视频时，他们惊讶地发现着陆器腿的一个主支柱出现了明显的晃动。如果加大着陆器的尺寸，这种晃动就会更加明显。为此，将设计更坚固的飞行支柱来承受这些力量。研究小组还测试了着陆器的"负载限制器"--连接底盘和支腿的钢棒。在着陆过程中，腿部移动时，钢棒会被迫弯曲，吸收一些冲击力。过去的着陆器，如"洞察"号（InSight）都使用了这种限位器，但这次的原型更大，最终设计的会更大。蒙塔尔沃说："你永远无法用手弯曲这些钢棒。看到这些钢棒受力如此之大，在掉落后几乎被折成两半，这真是令人难以置信"。对着陆器全尺寸脚垫的测试是在一个装满10000磅（约合4,536千克）粉状火星土壤的盒子里进行的。脚垫直径约16英寸（41厘米），扁圆形的脚垫连接到一个装有近半吨铁质配重板的组件上。试验台负责人帕特里克-德格罗斯（PatrickDeGrosse）在一次试验中一直注视着着陆器的脚陷入土壤，留下一道深深的凹痕，同时掀起一阵尘土。撞击震动了大楼的墙壁。之后，高速摄影机显示了能量是如何从试验台辐射出去的。JPL工程师帕特里克-德格罗斯（PatrickDeGrosse）与其他工程师一起查看全尺寸着陆器脚垫的跌落测试数据。图片来源：NASA/JPL-Caltech德格罗斯说："我们不希望着陆器的脚陷得太深，以至于着陆器的底部撞到地面。我们要确保着陆器在表面上非常平整。它必须坚固，因为着陆器也是火箭升空的平台。"每次测试后，德格罗斯都会重建土床，每次重建4英寸，夯实材料，以确保其压缩方式符合科学家对火星的预期。试验条件也需要保持一致，这样团队才能了解脚垫与土壤的相互作用。因此，德格罗斯每个月要重复四次这个耗时的过程。他说："你必须多次重建火星，才能完成这项测试。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382125.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382125.htm

NASA OSIRIS-REx 航天器已释放小行星样本舱 准备在地球上着陆

NASAOSIRIS-REx航天器已释放小行星样本舱准备在地球上着陆这幅插图描绘的是美国宇航局的OSIRIS-REx航天器刚刚向地球释放样本舱。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心在太空飞行约四小时后，太空舱将于美国东部时间上午10:42（美国中部时间上午8:42）进入加利福尼亚海岸附近的大气层，然后向东飞行。大约13分钟后，太空舱将降落在盐湖城附近国防部犹他州测试和训练场36英里乘8.5英里的预定区域。该军事靶场占地约150万英亩，位于大盐湖沙漠中，地势平坦，相对贫瘠，基本上无人居住。(美国国家航空航天局的"星尘"（Stardust）任务曾于2006年在犹他州靶场降落了一个来自"狂野2号"彗星的颗粒样本舱）。OSIRIS-REx是NASA的首个小行星样本返回任务。它于2016年9月发射升空，踏上了探索一颗名为"贝努"的近地小行星的旅程。2020年10月，飞船冒险抵达小行星表面，采集了约250克的物质，准备送往地球。2023年9月24日，OSIRIS-REx将释放一个装有贝努样本的太空舱，在犹他州的沙漠中着陆，这将是这次任务惊心动魄的收官之战。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室释放前约一小时，在一次重要的团队简报会上，操作人员为OSIRIS-REx航天器释放样本舱亮起了绿灯。首席工程师和军事人员一致同意。他们仔细评估了一系列基本标准：太空舱是否会降落在指定的目标区域？答案是肯定的。航天器将面临的峰值热量和减速水平的最新预测是否符合预期？答案同样是肯定的。航天器是否准备好派遣太空舱并随后使自己脱离地球？是的。整个团队是否为当天的活动做好了准备？是的。着陆范围确定了吗？是的。随后，洛克希德-马丁公司丹佛任务支持区的工程师们向OSIRIS-REx发送了关键的释放指令。这一行动为航天器在美国东部时间上午大约6:42（美国中部时间上午4:42）释放太空舱创造了条件。NASA的OSIRIS-REx是美国首次将小行星样本送回地球的任务。在着陆时，OSIRIS-REx航天器将释放样本舱，使其安全降落在犹他州的沙漠中。来自小行星贝努的原始物质--2020年从小行星表面收集的岩石和尘埃--将为几代科学家提供一个窗口，让他们了解大约45亿年前太阳和行星形成的时代。资料来源：美国国家航空航天局NASA对OSIRIS-REx太空舱着陆的现场直播将于美国东部时间9月24日星期日上午10点（美国中部时间上午8点）开始，并将在NASA电视台、NASA应用程序和NASA网站上播出。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385997.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385997.htm

SpaceX 的创新能否拯救 NASA 的火星任务？

SpaceX的创新能否拯救NASA的火星任务？访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN这幅插图展示了多个机器人联手将美国国家航空航天局（NASA）的"勇气号"火星探测器从火星表面采集的样本运送到地球的概念。图片来源：NASA/JPL-Caltech美国国家航空航天局局长比尔-纳尔逊在2024年4月15日的新闻发布会上说，目前设想的任务太昂贵、太慢。美国国家航空航天局给了私营公司一个月的时间提交建议书，以便以更快、更经济的方式将样本运回。作为一名研究宇宙学并撰写了一本关于早期火星任务的书的天文学家，我一直在关注着样本返回的传奇故事。火星是寻找地球以外生命最近和最好的地方，如果美国宇航局这项雄心勃勃的任务失败，科学家们将失去了解这颗红色星球更多信息的机会。火星的宜居性1976年，美国国家航空航天局（NASA）的首次火星表面探测任务显示，火星是一个寒冷的沙漠，如果没有厚厚的大气层保护生命免受太阳紫外线的辐射，这个星球是不适合人类居住的。但过去十年的研究表明，在几十亿年前，火星可能要温暖湿润得多。好奇号"和"毅力号"漫游车分别表明，地球的早期环境适合微生物生命的生存。他们在遥远的过去发现了生命的化学构件和地表水的迹象。2012年登陆火星的"好奇号"仍在工作；它的孪生兄弟"毅力号"于2021年登陆火星，将在样本送回任务中发挥关键作用。为什么天文学家想要火星样本美国国家航空航天局第一次在火星岩石中寻找生命是在1996年。科学家声称他们在火星陨石ALH84001中发现了微小的细菌化石。这块陨石是1.3万年前降落在南极洲的一块火星陨石，于1984年被打捞上来。科学家们对这块陨石是否真的孕育过生物意见不一，如今大多数科学家都认为没有足够的证据证明这块陨石含有化石。在过去的40年里，地球上发现了几百颗火星陨石。这些陨石都是掉落到地球上的免费样本，因此尽管研究它们似乎很直观，但科学家们无法确定这些陨石来自火星的哪个地方。此外，这些陨石是在撞击中被炸离地球表面的，这些剧烈的事件很容易破坏或改变岩石中微妙的生命证据。从一个已知过去曾是生命乐园的地区带回样本是无可替代的。因此，该机构面临着每盎司7亿美元的价格标签，使这些样本成为有史以来收集的最昂贵的材料。令人信服的复杂使命将火星岩石带回地球是美国宇航局尝试过的最具挑战性的任务，第一阶段已经开始。毅力号已经采集了二十多个岩石和土壤样本，并将它们放置在杰泽罗陨石坑的地面上，该地区可能曾经被水淹没，孕育过生命。漫游车将样本放入试管大小的容器中。一旦漫游车装满了所有的样品管，它就会把它们收集起来，带到美国宇航局样品回收着陆器的着陆点。样本回收着陆器包括一枚火箭，用于将样本送入环绕火星的轨道。欧洲航天局设计了一个地球返回轨道器，它将在轨道上与火箭会合，并捕获篮球大小的样本容器。然后，样本将被自动密封到一个生物封闭系统中，并被转移到地球返回轨道器的一部分--地球进入舱中。经过漫长的回家之旅，进入舱将跳伞降落到地球表面。这项任务涉及漫游车、着陆器、火箭、轨道器以及两个航天机构的协调，其复杂的编排是史无前例的。这也是预算膨胀和时间漫长的罪魁祸首。样本回报带来巨大财务问题火星取样返回计划给美国国家航空航天局的预算造成了巨大缺口，威胁到其他需要资金的任务。这项任务背后的美国国家航空航天局中心--喷气推进实验室，刚刚裁掉了500多名员工。火星取样返回号的预算可能是裁员的部分原因，但也可能是因为喷气推进实验室的行星任务过多，预算被削减。在过去一年里，一份独立审查委员会的报告和美国航天局监察长办公室的一份报告对取样返回任务的可行性提出了深切的担忧。这些报告称该任务的设计过于复杂，并指出了通货膨胀、供应链问题以及不切实际的成本和进度估计等问题。美国国家航空航天局（NASA）也感受到了来自国会的压力。参议院拨款委员会将2024财年NASA的行星科学预算削减了5亿多美元。如果NASA无法控制成本，这项任务甚至可能被取消。发散思维面对这些挑战，美国国家航空航天局（NASA）向私营企业发出了创新设计的征集令，目的是降低任务的成本和复杂性。提案截止日期为5月17日，对于这样一项具有挑战性的设计工作来说，时间非常紧迫。喷气推进实验室（JetPropulsionLaboratory）的专家们花了十多年的时间才完成了这一计划，私营公司很难在此基础上有所改进。在这种情况下，一个重要的潜在参与者就是商业太空公司SpaceX。美国国家航空航天局（NASA）已经在美国重返月球的问题上与SpaceX合作。在"阿特米斯三号"任务中，SpaceX将尝试50多年来人类首次登陆月球。然而，SpaceX将用于Artemis的大型星际飞船火箭只进行了三次试飞，还需要进行更多的开发，美国国家航空航天局才会信任它运送人类货物。原则上，"星际飞船"火箭可以在一次为期两年的任务中运回大量火星岩石，而且成本要低得多。但是，"星际飞船"也有很大的风险和不确定性。目前还不清楚该火箭是否能送回"毅力号"已经收集到的样本。星际飞船使用发射台，回程时需要加油。但是杰泽罗环形山没有发射台或加油站。星际飞船的设计目的是载人，但如果宇航员去火星采集样本，SpaceX将需要比目前测试的星际飞船火箭更大的星际飞船。派遣宇航员也会带来额外的风险和成本，而且使用人员的战略最终可能会比NASA目前的计划更加复杂。面对所有这些压力和限制，美国国家航空航天局（NASA）决定等待私营部门能否提出一个成功的解决方案。答案将在下个月揭晓。作者：亚利桑那大学天文学特聘教授ChrisImpey。改编自最初发表在《对话》上的一篇文章。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430200.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430200.htm