在从太阳系各地带回样本的历史性探索中，成功的最佳座右铭可能是一句简单而熟悉的短语：“熟能生巧”。
至少，这是最近美国国家航空航天局（NASA）的“奥西里斯-REx”任务盛大结局的演习给人的感觉。“奥西里斯-REx”是“起源、光谱释义、资源识别、安全-风化层探测器”（Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer）的首字母缩写。 “奥西里斯-REx”于 2016 年 9 月发射，是美国首个从小行星上获取样本的任务。2020 年 10 月，该航天器认真地收集了小行星贝努的碎片，贝努是一个古老的瓦砾堆，由大约 45 亿年前太阳系早期形成时遗留下来的各种残余物组成。现在，它正在返回地球的途中，寻求在 9 月 24 日清晨一次激动人心的行星际壮举中，将珍贵的有效载荷安全地送回地球。
这项工作的核心可能是大约 250 克（目前尚无人确切知道有多少）的地外货物，这些货物是使用新型“触碰即走式样本采集机构”（TAGSAM）从小行星贝努上采集的，TAGSAM 也负责存储样本。该硬件被包裹在一个样本返回舱内，奥西里斯-REx 将在飞掠地球时以千钧一发的精度将其抛弃。在经历了针对犹他州测试和训练靶场国防部达格威试验场（大致位于盐湖城以西 70 英里处）的火热重返大气层后，样本舱应该通过降落伞减缓下降速度，并在那片偏远的高沙漠地带的某个地方着陆——当然，前提是一切都按计划进行。
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为了应对所有可能的情况（包括正常情况和其他情况），在 6 月下旬和本月初，一群科学家、工程师和其他支持人员聚集在一起，对奥西里斯-REx 样本舱的回收和运输到模拟洁净室进行了高保真、逐步的模拟。
6 月份的演习由洛克希德·马丁公司组织，该公司建造了 TAGSAM、返回舱和奥西里斯-REx，演习在该公司位于科罗拉多州利特尔顿的园区进行，规划人员在一旁仔细观察，并为其他任务做笔记。其中最重要的是多机构的火星样本返回计划——这是一项更雄心勃勃且充满风险的数十亿美元的项目，旨在 2030 年代将火星物质送回地球。
椭圆的边缘
奥西里斯-REx 团队有充分的理由感到紧张。在几个月后将决定其任务命运的同一片犹他州土地上，已经见证了灾难和胜利。
2004 年 9 月，美国国家航空航天局的“起源号”宇宙飞船载着太阳风样本，在大气层重返后未能展开降落伞。由于降落伞展开开关安装不当，高速撞击导致样本舱严重受损，其珍贵的货物也受到污染。不到两年后，命运发生了转变，2006 年 1 月，美国国家航空航天局的“星尘号”任务成功地用降落伞将一个洒满维尔德 2 号彗星喷射出的颗粒的样本舱送回地球，为随后的实验室研究提供了丰富的材料宝藏。
洛克希德·马丁公司奥西里斯-REx 地面回收行动负责人理查德·威瑟斯彭说，为了避免发生“起源号级别”的事件，已经进行了大量工作。“我们确信这种情况不会再次发生。我们了解起源号上发生的技术问题。我们对奥西里斯-REx 进行了广泛的测试，以确保这种情况不会发生。”他补充说，奥西里斯-REx 样本舱的设计和回收程序都是基于星尘号的遗产。
来源：Jen Christiansen；资料来源：《奥西里斯-REx，从小行星返回样本》，作者：Thomas M. Ajluni 等人。IEEE 航空航天会议论文，2015 年 3 月；以及《奥西里斯-REx：从小行星（101955）贝努返回样本》，作者：Dante S. Lauretta 等人，《空间科学评论》，第 212 卷；2017 年 8 月（主要参考文献）
尽管如此，威瑟斯彭指出，即使在降落伞下以每小时 10 英里的慢速着陆，着陆也存在不可避免的风险。不幸的是，如果着陆点是岩石，可能会刺穿样本舱热保护罩的外部部分——尽管这种情况预计不会损害携带样本的罐体本身。其他不太理想的情况包括发现样本舱倒扣在地，或者从罕见的沙漠降雨形成的泥泞水坑中回收样本舱。
样本舱在犹他州的降落区域是一个 36 英里乘 8.5 英里的椭圆。在令人紧张的那一天，椭圆区域将被四架直升机环绕，一旦样本舱的着陆点被精确定位在区域内，直升机将准备运送十几名或更多的回收团队成员。系统安全员将是第一批到达现场的人员之一。他们将检查样本舱是否有破损或气体泄漏，以确保区域和有效载荷的安全可靠，以便随后到来的人员进入。
威瑟斯彭说：“我们创造了明显更糟糕的条件，只是为了确保我们知道如何处理任何情况。” “我们预计在样本舱着陆后两小时内将其运回洁净室处理区，并在另外两小时内对其进行氮气吹扫。”
之所以进行氮气冲洗，是为了确保外部空气不会在将样本舱及其高价值物品转移到位于德克萨斯州休斯顿的 NASA 约翰逊航天中心之前污染样本。到达那里后，样本舱将被完全拆卸，TAGSAM 和小行星珍品将在新近更新的洁净室设施中取出。
6 月份的演习让回收团队成员练习处理模拟返回舱并将其运送到模拟洁净室，而第二次演习（于 7 月 18 日至 20 日举行）则在犹他州沙漠地区进行，小行星样本将抵达该地区。后一次演习包括对负责空运样本舱的回收团队成员进行直升机训练。
“巨大的情感释放时刻”
亚利桑那大学奥西里斯-REx 首席研究员但丁·劳雷塔在观察 6 月份的回收演练时，列出了一长串可能的痛点。最令人担忧的是那些任何演练的细致计划和临时行动都无法妥善解决的问题。首先也是最重要的，样本舱必须在地球上空自主释放——这是一个复杂的过程，需要切断电缆并引爆爆炸性的“压紧”螺栓。内部电池需要唤醒并供电。早在 2016 年就打包好的降落伞需要展开。任何环节出现问题都容易导致 TAGSAM 在自由落体、高速俯冲撞击沙漠地面后像啤酒罐一样被压碎。
然而，劳雷塔并不真正担心。“老实说，我认为我们的任务成功率达到 99%。”他说，他强调了迄今为止对硬件和航天器性能进行的所有细致的发射前测试。即便如此，“看到我们的降落伞打开，看到样本安全地飘落到地球上，那将是巨大的情感释放时刻。那时我就知道我们成功了。在那之后，一切都锦上添花。”
即使奥西里斯-REx 的样本舱遭遇类似“起源号”的硬着陆，劳雷塔和他团队中的其他成员也相信他们仍然可以取得一些伟大的科学成果。“我们担心的是保护小行星样本免受地球污染。”亚利桑那大学奥西里斯-REx 任务实施系统工程师安贾尼·波利特说，“所有的努力，多次演练和越来越高保真度的操作准备就绪测试，都非常有效。”
启动泵
从奥西里斯-REx 获得的所有精心呵护和经验教训都将被用于 NASA 2030 年代的主要行星科学项目：火星样本返回（MSR）计划。
红色星球的样本也注定要运送到犹他州测试和训练靶场。但两者之间存在差异，主要原因是关于火星上是否存在生命形式，以及因此可能存在于回收的样本中的热门问题。除了将可存活的地外生物带回地球并将其引入我们的生物圈的可能性为零以外的任何情况，都会引发行星保护专家所称的“反向污染”幽灵。
按照目前的计划，锥形的 MSR 地球进入飞行器将在没有降落伞的情况下穿过犹他州的天空，经过加固以承受撞击高沙漠硬地面的冲击，以及随后的任何滚动和弹跳。从那里，回收团队将把它视为潜在的危险材料，将其封闭在一个保护容器中，然后运送到一个尚未建造的隔离设施，可能位于犹他州以外。
对于 MSR，“我们非常多地利用了在奥西里斯-REx 上完成的许多工作。”NASA 行星保护官尼克·贝纳迪尼说，“我们正在积累必要的技能，以满足需求。”公共安全和高样本完整性是科学分析的驱动目标。
MSR 的固有国际性质使这一过程变得复杂——NASA 和欧洲航天局都在充实这项工作。贝纳迪尼解释说，即使在美国方面，这项任务也非常复杂，NASA 必须与众多跨部门合作伙伴进行严格的合作，从疾病控制与预防中心和联邦紧急事务管理局到交通部和国土安全部。
“奥西里斯-REx 让我们能够启动泵。”贝纳迪尼继续说道，尽早制定程序、培训和样本完整性方法。“它让每个人都拥有了火星样本返回的心态。”