当美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局的官员，以及中国的规划者，都在规划从火星取回样本的极其昂贵和复杂的任务时，越来越多的研究人员正在设计低成本和新颖的方法来进一步探索这颗红色星球。
无论是通过 增强型直升机 还是廉价的着陆器和轨道飞行器，他们都认为现在是时候编写新的方法，从那个遥远世界的各种地点收集更多数据了。
加州理工学院（位于帕萨迪纳）的行星科学家 Bethany Ehlmann 支持使用相对低价的航天器进行下一轮调查。
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“火星和地球一样，是多样化的。不同的地点捕捉到不同的环境快照，”Ehlmann 告诉 Space.com。她补充说，有很多探索工作要做，并引用了访问航天器从轨道上拍摄的令人惊叹和奇异的地点，例如 水手号峡谷 系统和火星极地冰盖。
“像火星这样复杂的系统既需要广度也需要深度，”Ehlmann 说，“这意味着要通过技术或新的项目模式和合作，找到新的方法在多个地点进行探索，从而降低每次航天器任务的价格。想象一下，全国各地的大学运营着六个移动火星探测器……这将激发学生对科学和工程事业的热情！”
经过数十年的 火星 探索，许多重要的遗留问题只能通过“脚踏实地”来回答，无论是机器人的“脚”还是人类的脚，Ehlmann 说。
“新太空”方法
“美国国家航空航天局一直是一个非常规避风险的机构。这是完全可以理解的，因为花费的是纳税人的钱，”加州大学伯克利分校空间科学实验室行星科学和天体生物学副主任 Robert Lillis 说。
Lillis 指出，美国国家航空航天局的行星探索小型创新任务（SIMPLEx）计划是“大胆的尝试”，旨在以典型“发现”级任务成本的一小部分促进一流的行星科学。（美国国家航空航天局的“发现”计划支持雄心勃勃但成本相对较低的探索工作。“发现”级任务目前的成本上限约为 5 亿美元。）
Lillis 说，SIMPLEx 也可以作为探索成本和风险之间权衡的探路者。
例如，“逃逸和等离子体加速与动力学探测器”（EscaPADE）任务是一项 SIMPLEx 项目，Lillis 说，就每美元的科学价值而言，它有望获得非常高的性价比。这项火星任务的总成本预计在 2026 年左右到达红色星球轨道，预计不到 8000 万美元。
双子座 EscaPADE 探测器 将为火星高度复杂的高层大气系统提供独特的“立体”视角，Lillis 说。“我们的两个航天器——蓝色和金色——将为我们提供两双眼睛，使我们能够首次了解火星大气层损失模式对太阳风的电磁阵风和狂风的实时响应，这些阵风和狂风冲击着火星，”他说。
Lillis 说，采用“新太空”方法进行航天器开发将使小型卫星星座能够以前所未有的保真度和覆盖范围探索和监测 火星大气层。“我们将能够看到地球各个部分的各个时间段，从地表到高层大气层。”
Lillis 补充说，这种“态势感知”对于保护 未来的人类探险家至关重要，主要体现在两个方面。首先，更好地描述近地表气压和风力，可以实现更安全的进入、下降和着陆。其次，天气监测将通过数据同化实现准确的天气预报。
“当我们谈到火星上的天气预报对于探险家的安全至关重要时，我们谈论的是 沙尘暴，区域性或全球性，”Lillis 说。“沙尘暴会降低太阳能发电和能见度。”
点缀遥远的星球
一种在火星上廉价且安全着陆的新技术是小型高冲击能量着陆装置（SHIELD）概念，目前正在美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）（位于南加州）进行研究。
“SHIELD 基本上既是着陆器又是减震器，”SHIELD 的首席研究员 Louis Giersch 说。
“它无法将像 毅力号漫游车 这样的航天器放到地表，但它可以让科学家在搭乘美国国家航空航天局的大型任务时，研究更多火星表面，”Giersch 补充说。“我们仍在评估哪种科学仪器有意义，但气象传感器、相机和质谱仪都在设计中。”
SHIELD 的目标是将火星着陆器的成本降低一个数量级，从而使广泛的潜在任务成为可能。例如，这项技术可能使美国国家航空航天局能够在相对较短的时间跨度内部署数十个独立的机器人，用着陆器点缀遥远的星球。
Giersch 说，相对于更传统的火星着陆器，SHIELD 将对科学有效载荷施加更多限制。他说，科学有效载荷需要更加紧凑和坚固，但由于任务成本降低，预计可以更频繁地访问火星表面，这将带来好处。
范式转变
喷气推进实验室的 SHIELD 系统工程师 Nathan Barba 补充说：“以低成本频繁访问火星的机会就在眼前。”当 火星立方体一号 （MarCO）A 和 B 立方体卫星（昵称 EVE 和 WALL-E）于 2018 年 11 月成功飞越火星时，这扇大门就打开了。这对双子星由喷气推进实验室建造和运营，仅耗资 1850 万美元，与美国国家航空航天局的“洞察号”火星着陆器搭便车。
“SHIELD 可以作为单个着陆器交付，也可以在单次发射中交付多个。像 SHIELD 这样的低成本着陆器可以实现首次测量或探路者探索，例如地面实况信息，这对规模更大、成本更高的任务至关重要，”Barba 说。
Barba 继续说，增加太空访问机会令人兴奋，“因为它意味着更多在火星上进行科学研究的机会。如果一类新的低成本行星际任务能够实现，它将促进更加多样化的研究，并为许多新的职业生涯早期的科学家和工程师提供机会。”
Barba 说，与 火星样本返回活动 并行，规模更小、成本更低的航天器任务可以提供十年级的科学成果。他说，能力和成本的范式转变可以归因于许多因素，从发射成本降低一个数量级（通过共享发射和新兴的小型运载火箭实现），到能够进行高精度和/或从根本上新颖的测量的科学仪器的制造。
寓教于乐的时刻
美国国家航空航天局 机智号 直升机的多次飞行已经支持了另一个未来的火星探测想法。“机智号”是一项技术演示器，显然展示了其航空“莱特兄弟般的才能”——但接下来会发生什么呢？
美国国家航空航天局艾姆斯研究中心（位于硅谷）的火星科学直升机飞行器系统负责人 Shannah Withrow-Maser 说：“‘机智号’的飞行已经超出了我们所能想象的范围。”她告诉 Space.com，“每次飞行都在教给我们越来越多的东西，并为未来的任务概念打开了大门。”
一个正在酝酿的想法是一种先进的火星直升机，一种六旋翼飞行器，它可以比目前飞行的“机智号”运载更大的有效载荷并飞行更远的距离。Withrow-Maser 说，这种 火星科学直升机 方法正在形成，这要归功于“机智号”数据提供的寓教于乐的时刻，这些数据在每次飞行后都会下载和评估。
Withrow-Maser 说：“每次‘机智号’飞行时，我们都会有点屏住呼吸。”“我们一次进行一次飞行。它远远超出了地球上设计和测试的界限。”
空中探索
Withrow-Maser 说，定义未来的火星旋翼飞行器本身就是一项艰巨的任务。“我们能够用旋翼飞行器做一些非常酷的事情，”她说，“从任何地方起飞，也可以盘旋在感兴趣的物体上。”
目前正在评估的是未来在半空中部署六旋翼飞行器，它将在进入、下降和着陆过程的一部分中释放。从理论上讲，可以调查各种漫游车难以或不可能探索的火星特征——例如，极地冰盖、垂直悬崖和泥火山。
该飞行器还可以飞越被称为 季节性斜坡纹线的神秘火星暗条纹，这可能是液态水活动的迹象。六旋翼飞行器还可能有助于绘制大气层的垂直剖面图，甚至潜入熔岩管开口。
Withrow-Maser 说：“社区才刚刚开始了解使用航空探索可以做些什么。”“旋翼飞行器使我们能够移动得更远、更快。新的飞行器平台可以成为各种科学的催化剂。我认为我们处于有利地位，能够利用任何可能降临到我们身上的机会。”
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