毅力号首次火星采样失败 NASA任务团队正进行评估

几十年来，行星科学界一直致力于实现从其他行星上采集样品并带回地球，这是航天史上迄今为止未曾做过的事情。从火星带回样品一直以来都是行星探索的远景目标。

左图由NASA毅力号火星车机载右导航相机（Navcam）拍摄；右图由毅力号机载的名为“夏洛克”（SHERLOC）的仪器以及它的搭档“华生”（WATSON）相机拍摄。“夏洛克”的全称是“宜居环境有机物和化学物质拉曼与荧光扫描探测仪”（Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals），利用紫外激光来识别火星岩石中的一些矿物质；“华生”的全称是“用于操作与工程的广角地形传感器”（Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering），用于对目标岩石进行特写拍摄。两幅图均拍摄于2021年8月2日（任务的第160个火星日）。

来源：左图-NASA/右图-JPL-Caltech

2021年8月6日，NASA毅力号火星车在火星表面打下了第一个采样孔洞，首次尝试在火星上收集岩石样本并将其密封在样品管中，这一刻也是全球无数科学家和工程师几十年来一直期待和关注的时刻。然而，根据火星车传送回地球的数据表明，本次采样活动中并未收集到岩石样本。

样品管结构图解：这幅示意图描绘了火星2020（Mars 2020）“毅力号”（Perseverance）火星车上携带的样品管的外部结构。

来源：NASAJPL-Caltech

毅力号火星车携有43根钛样品管，目前正在耶泽洛陨石坑（Jezero Crater）进行探索。它将在那里收集岩石和风化层（regolith，破碎的岩石和尘土）样本，以便未来的火星采样返回（MSR）任务带回地球进行分析。

NASA科学任务理事会副局长托马斯·祖布臣（Thomas Zurbuchen）表示：“虽然这次未能如我们所期待的那样‘一杆进洞’，但要取得新突破总会有风险。我相信我们有合适的团队来解决这个问题，我们将坚持不懈地寻求解决方案，以确保未来的成功。”

这幅图由NASA毅力号火星车上的避障相机（Hazcam）拍摄于2021 年 8 月 6 日，显示了在火星表面的第一个采样孔洞，是这项耗资 27亿美元的任务的一个重要里程碑。 来源：NASA/JPL-Caltech

毅力号的采样和存储系统位于其7英尺（约2米）长的机械臂末端，使用一个空心取芯钻头和一个冲击钻来从火星表面上钻出的洞中提取样品。遥测数据表明，在其第一次采样尝试中，两个钻头运行正常，样品管处理程序也没问题。

来自NASA喷气推进实验室的毅力号地面任务团队经理杰西卡·塞缪尔斯（Jessica Samuels）表示：“采样过程从头到尾都是自动化操作的，将探针放入样品管后，有一个步骤是测量样品的体积。如果管内有样品探针会受到阻力，但探针却未受到预期的阻力。”

毅力号任务团队正在组建一个应对小组来分析数据。初期，应对小组将使用位于机械臂末端的“华生”（WATSON）相机，即“用于操作与工程的广角地形传感器”，对采样孔洞进行特写拍摄。一旦更好地了解了所发生的事情，应对小组就能够确定下一次样本采集安排在什么时候。

来自喷气推进实验室的毅力号项目经理詹妮弗·特罗斯珀（Jennifer Trosper）表示：“我们的初步猜测是，样品管空空如也大概率可能是因为目标岩石在采样过程中的反应不像我们所预期的那样，样品采集和存储系统硬件出现问题的可能性较小。在接下来的几天里，任务团队将投入更多时间来分析我们现有的数据，并获取一些额外的数据，以弄清造成问题的根本原因。”

如同任何重大挑战，实现这一历史性里程碑的过程也是一波三折。此前，NASA在火星上采集岩石和风化层样品的活动也曾遇到预料之外的岩石和风化层特征。2008年，凤凰号（Phoenix）火星探测器采样时，土壤粘性较高，大多数附着在铲子上，难以递送到机载科学仪器中，最终经过多次尝试才取得成功。好奇号（Curiosity）火星探测器在火星岩石上钻孔，结果发现岩石比预期的更硬、更脆。最近，洞察号（InSight）着陆器上被称为“鼹鼠”（mole）的热探测器打洞失败，未能按计划穿透火星表面。

每一次火星任务都是实现火星采样返回计划目标的垫脚石，不断积累知识和能力，不仅能够让汽车大小的核动力源毅力号火星漫游车登陆火星，还能够为其配备适当的科学仪器，以识别最有科学研究价值的样品，并通过有史以来发送到太空中的最清洁、最精密的采样系统来获取这些样品。

随着毅力号火星车现已登陆火星表面，并正在制定下一个任务，行星科学界从未如此接近这一长期目标。

第一次火星科学任务

毅力号目前正在探索两个地质单元，其中包括耶泽洛陨石坑最深、最古老的裸露基岩层和其他有趣的地质特征。第一个单元被称为“火山口地面断裂粗糙”，是耶泽洛陨石坑的坑底。相邻的单元被称为“Séítah”（在纳瓦霍语中意为“在沙子中”），那里也有火星基岩，同时也有山脊、层状岩石和沙丘。

最近，毅力号任务团队开始通过机智号火星直升机（Ingenuity Mars Helicopter）拍摄的彩色图像来帮助识别具有潜在科学研究价值的区域并识别潜在风险。机智号直升机于 8 月 4 日完成了第 11 次飞行，在其当前位置向下飞行约 1,250 英尺（380 米）处，以便为塞塔省南部地区的项目提供空中侦察。

当毅力号返回着陆点时，它的第一次火星科学任务将告一段落，跨越数百个太阳日（或火星日）。届时，毅力号的行驶里程将达到 1.6 至 3.1 英里（约2.5 到 5 公里），并可能已经装满了多达八个样品管。

下一步，毅力号将向北行驶，再向西行驶，前往第二次火星科学任务目的地：耶泽洛陨石坑的三角洲地区，那里是耶泽洛陨石坑内一条古老河流和一个湖泊汇合而成的扇形遗迹，可能富含碳酸盐矿物。在地球上，这些矿物可以保存古代微观生命的化石迹象，并与生物过程有关。

现在，真正的工作即将开始。在未来几年里，在全球数百名科学家的仔细分析指导下，毅力号将对来自各种地质单元和地表材料的多达 38 个不同的样品进行采样、密封和存储。同时，地面上的美国-欧洲联合团队正在研发着陆系统、密封技术、机械臂、火星上升系统、交会和轨道转移系统以及将这些样本运回地球所需的一系列其他系统。

虽然像毅力号这样的探测器能够在火星上开展许多科学研究任务，但有些研究（例如，通过同位素测定地质年代学）只能在地球上通过实验室里的大型设备来完成。因此，若想知道火星的具体年龄，就必须把火星样品带回地球。若想知道火星上关于水的详细历史、气候或曾经存在生命的潜力，同样也需要在地球上的实验室中进行样品分析。

关于毅力号火星探测任务的更多信息

毅力号火星探测任务的一个关键目标是天体生物学，包括寻找古代微生物生命的迹象。毅力号将描述火星的地质和过去的气候特征，为人类探索火星铺平道路，并成为第一个采集并存储火星岩石和风化层（破碎的岩石和尘埃）的任务。

随后的NASA任务将与欧洲航天局（ESA）共同合作，向火星发射航天器，从火星表面收集这些密封样本，并将其送回地球进行深入分析。

“火星2020”毅力号任务是NASA“月球到火星”（Moon to Mars）探测计划的一部分，其中还包括阿尔忒弥斯（Artemis）月球探测计划，这将有助于为人类探索火星做好准备。

喷气推进实验室由位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院（Caltech）为NASA代为管理，毅力号的建造和运营管理由喷气推进实验室负责。

关于毅力号火星探测任务的更多相关信息请详见以下链接：

https://mars.nasa.gov/mars2020/

https://nasa.gov/perseverance

参考来源：

[1]https://mars.nasa.gov/news/9005/building-a-mars-treasure-chest-one-test-tube-at-a-time/

[2]https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/status/319/on-the-eve-of-perseverances-first-sample/

[3]https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-perseverance-team-assessing-first-mars-sampling-attempt