美国宇航局似乎陷入了火星岩石和硬地之间。该航天机构为机器人取回这颗红色星球珍贵样本以便在地球上进行详细研究而制定的最佳计划已经酝酿了几十年，并被许多行星科学家视为“必做之事”。现在，它已经出了问题，由于预算和时间表极度不现实而岌岌可危。尽管目前正在进行项目大修，但没有人能确切地说出火星样本返回 (MSR) 计划将如何或何时成功，立法者已威胁要彻底取消该项目。
动荡始于去年 9 月，当时发布了由美国宇航局成立的独立审查委员会 (IRB) 对 MSR 进行的理智检查。IRB 发现，MSR 目前的形式可能耗资 80 亿美元至 110 亿美元之间，比该项目建议的预算上限高出数十亿美元。此外，该委员会报告称，至关重要的 MSR 元素几乎不可能为计划于 2027 年和 2028 年的发射做好准备，更不用说原计划于 2033 年“返回地球”了。
MSR 复杂的架构是导致如此高成本和令人不安的延误的关键驱动因素。官方计划要求美国宇航局建造的着陆器前往火星，同时容纳一枚小型样本返回火箭，以及欧洲航天局 (ESA) 提供的机械臂。着陆器将在“毅力号”探测器附近着陆，“毅力号”探测器一直在忙于从其在古老的河三角洲遗址杰泽罗陨石坑周围的探测中投放 装满精心收集样本的管子。这些样本将由“毅力号”拾取并塞进火箭，或者可能改为由一对新制造的飞行无人机（类似于“独创号”直升机，探测器已经将其释放到火星上）取回。
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装满样本的火箭将发射进入轨道绕火星运行，与欧空局提供的航天器会合，以便随后运输到地球。样本将被包裹在一个保护舱中，最终将坠落到犹他州试验和训练场，从而抵达我们的星球，在那里它们将被回收并迅速运往专门的设施进行处理和进一步研究。
重新规划和缩减规模
在全国范围内，有 1300 多人一直在从事 MSR 工作，但这个数字正在下降。在 IRB 报告发布后，美国宇航局按下了该项目的暂停按钮：该航天机构宣布其几个研究中心正在“缩减”相关工作。美国宇航局负责 MSR 管理的喷气推进实验室目前正在实施招聘冻结，上周该实验室解雇了 100 名承包商。此次放缓正值美国宇航局因国会债务上限支出协议而面临 2024 财年预算受限之际。众议院提出的预算按照美国宇航局的要求为该项目在 2024 年拨款近 10 亿美元，而参议院的预算仅提供 3 亿美元，并明确威胁称，如果该计划的成本无法控制，将取消 MSR。
作为回应，美国宇航局成立了火星样本返回独立审查委员会响应小组 (MIRT)，由该航天机构负责科学的副局长桑德拉·康纳利领导。康纳利预计将在即将举行的“市政厅”会议上提供有关 MIRT 流程和进展的最新情况。与此同时，该机构已推迟确认官方任务成本和时间表的计划，等待 MIRT 在 2024 年 3 月得出结论。
美国宇航局 MSR 高级 communications 经理德韦恩·华盛顿在给《大众科学》的一份声明中表示：“该团队将在 2024 财年第二季度之前就火星样本返回在平衡的整体科学计划中的前进道路提出建议。” “该机构将推迟确认官方任务成本和时间表的计划，直到本次审查完成后。”
欧洲航天局方面坚持认为，根据提供给《大众科学》的一份声明，它“正在坚定地朝着履行其所有承诺迈进”，以便早在 2028 年发射。声明解释说，欧洲航天局正在与美国宇航局密切合作，重新规划 MSR。“在欧洲航天局方面，欧洲航天局/美国宇航局研究的结果将制定为选项，然后将与 [欧洲航天局] 成员国共同决定前进的方向，”声明称。
优先事项问题
西南研究所（位于科罗拉多州博尔德）的行星地质学家维多利亚·汉密尔顿表示，MSR 的感知科学价值是美国宇航局和欧洲航天局在项目重新规划中走过微妙的地缘政治钢丝的原因。汉密尔顿还担任火星探测计划分析组 (MEPAG) 的主席，该委员会正在就美国宇航局的红色星球计划向其提供建议，并参与了去年 9 月发布这份具有破坏性报告的 IRB。
她指出，美国国家科学院、工程院和医学院的多个行星科学十年调查已将 MSR 奉为美国宇航局所有机器人探索工作的最高科学优先级。然而，上次这样的十年调查，于 2022 年发布，估计 MSR 的名义成本为 53 亿美元，并警告说，该项目的超支可能会“破坏 [美国宇航局] 行星组合的长期项目平衡”。
汉密尔顿说，实现这种平衡至关重要，因为火星并不是唯一一个争夺更多关注和联邦资金的诱人目的地。加强 MSR 首要地位的同一项十年调查也设定了其他几个高优先级目标，例如美国宇航局对天王星、金星以及神秘的土卫二和土卫六的机器人任务。汉密尔顿说，如果不加以控制，MSR 的成本和时间表超支很容易蔓延到整个航天机构的行星科学部门，扰乱这些其他项目，更不用说美国宇航局将人类送往火星的努力了。
“除了科学益处外，MSR 还将为人类探索计划提供支持，”汉密尔顿说。“我真的不明白，如果像 MSR 这样的探路任务被认为过于雄心勃勃或成本过高，我们如何谈论将人类送往火星进行科学研究。”
在 2020 年 5 月 20 日发射前的这张照片中，工程师和技术人员将 39 个样本管插入“毅力号”探测器的腹部。MSR 项目的成本超支和时间延误加剧了人们对“毅力号”样本将如何以及是否会被带回地球的不确定性。图片来源：UPI/Alamy Stock Photo
相反，其他人则难以理解目前形式的 MSR 如何使更广泛的行星科学界受益，以及官方的执行计划在被正式指出其过度之处之前是如何走得如此之远的。一位精通航天机构的官员要求匿名，他直言不讳地称该计划为“垃圾箱大火”。
这位官员说：“在行星科学界，有支持 MSR 的火星派系。但外行星界并不关心 MSR。” “金星探索倡导者不关心这个，月球界也不关心。然后，也许有一半的火星界人士认为 [对于 MSR 的估计成本]，你可以想象很多火星车在表面上行驶，并看到也需要更换的整个火星轨道飞行器舰队。”
科罗拉多大学博尔德分校 (CU Boulder) 大气与空间物理实验室的行星科学家弗朗·巴吉纳尔是一位经验丰富的美国宇航局行星际任务专家，他对 MSR 飙升的价格标签是否物有所值持怀疑态度，尽管它具有历史性的天体生物学潜力。她指出，杰泽罗陨石坑及其周围的大部分物质都超过 37 亿年，而科学家们仍在就我们自身研究得更好的地球上类似年代的岩石中存在的任何生命迹象进行激烈辩论。“那么，通过花费数十亿美元从火星返回 [这些] 样本，我们将学到什么？” 她问道。“很容易说，‘无论我们发现什么，都必须是新的和有趣的。’但我们必须对纳税人负责，并询问这是否值得付出代价。” 她认为，转而投资开发更好的火星机器人原位研究方法可能是一种更经济实惠的选择，并且还可以为其他目的地（例如金星和木星冰冷的海洋卫星木卫二）带来新的方法。
顿悟时刻
美国宇航局艾姆斯研究中心前主任斯科特·哈伯德曾于 2000 年至 2001 年担任该机构首任火星探索计划主任，他认为 MSR 的计划失误有一个简单的解释。他说，从历史上看，美国宇航局表现出强烈的倾向，即在任务成本方面犯低级错误，以便获得项目批准；顿悟时刻稍后到来。“美国宇航局在很大程度上依赖这一点，无论是有意识还是无意识的，”他说，特别是对于像 MSR 这样雄心勃勃的计划。再加上“[MSR 计划] 如何在几十年里被拖延的‘演变’过程”，最终就导致了目前的局面。
科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室的科学家、美国宇航局火星大气与挥发演化任务 (MAVEN) 轨道飞行器（目前在火星上运行）的前首席研究员布鲁斯·贾科斯基花费了数十年时间研究这颗红色星球的气候、大气层和潜在宜居性。他认为，返回美国宇航局“毅力号”探测器缓存的火星样本以便在地球上进行研究的科学价值再怎么强调也不为过。“我们可以在这里进行的分析是即使使用地表上装备最好的探测器也无法实现的，”贾科斯基说。
贾科斯基补充说，火星样本返回之所以重要还有另一个原因。“这是展示往返火星能力的一次演示，并且对于为人类火星任务做准备而降低风险的工作来说，将是非常有价值的，”他说。“鉴于与规划人类火星任务架构相关的预先工作已经在进行中，这似乎是前进道路上必要的一步。”
哈伯德说，拯救 MSR 可能需要使该项目成为“美国宇航局全体参与的倡议”，以利用该机构的人类探索计划（和预算）。这可能会催生新的任务方案，从而降低复杂性（即使不能降低成本）。他指出，美国宇航局的新型太空发射系统 [SLS] 大型火箭旨在将宇航员和重型有效载荷发射到地球轨道，以便前往月球，但其庞大的尺寸可能容纳 MSR 计划的所有元素，这些元素目前计划用于两枚不同的火箭。他说，有了 SLS，“你可能会一次性发射整个东西。” （然而，SLS 发射的成本超过 20 亿美元，约占 IRB 预计的数十亿美元超支之外的整个基线 MSR 预算的 40%。）
中国因素
对于布朗大学的行星科学家詹姆斯·海德来说，问题不在于一次火星样本返回任务，而在于多次任务。“有如此多不同的基本科学问题需要解决，以及如此多不同的地方需要去解决这些问题，因此多次火星样本返回任务至关重要，”他说。
多次样本返回尝试的可能性并非痴人说梦：中国正在计划自己的样本返回尝试——一项名为“天问三号”的任务，计划于 2028 年发射，并将争取早在 2031 年年中将火星岩石运送到地球。去年 4 月，海德在中国合肥共同召集了一次关于该国火星样本探索的会议。
他说：“他们显然正在推进这项任务，”他注意到，来自中国科学院各研究所的大量中国大学生和任务人员已经提出了天问三号着陆点。“该项目进展顺利，我们正在研究着陆点位置，”北京国家空间科学中心的行星科学家刘洋“史蒂夫”说。刘洋说，天问三号着陆器采集样本将效仿中国的嫦娥五号月球任务，该任务在没有探测器的情况下，钻取并舀取了月球岩石，这些岩石于 2020 年 12 月被火箭送回地球。
正在审查的一个着陆地点是火星北半球中纬度地区巨大撞击盆地乌托邦平原的南部，中国的祝融号探测器于 2021 年和 2022 年已经对其进行了考察。（美国宇航局的“海盗 2 号”着陆器也于 1976 年在乌托邦平原着陆。）海德说：“在我看来，火星地质历史的很大一部分将包含在从该地区返回的样本中。”
海德说，如果中国的火星样本是第一个——或唯一一个——返回地球的样本，那么找到一种让美国研究人员分享这些数据的方法将是理想的。联邦法律目前限制了美国宇航局与中国的合作，但该航天机构最近批准了美国宇航局资助的研究人员参与嫦娥五号月球样本研究的努力，这是一个非常积极的迹象，他说。“我们都希望美国宇航局未来能够将此扩展到即将到来的嫦娥六号月球背面样本以及未来任何中国的火星返回样本。”
当然，海德和他的火星同仁设想的最理想的情况是美国宇航局确保其本土 MSR 项目取得成果。他说，向前迈进的选择代表着该航天机构和国家的“重要决策点”。