行星科学家们发出了呼吁，恳求建立下一个火星轨道飞行器——或简称 NeMO。研究人员表示，目前环绕红色星球运行的航天器舰队正在老化，而且没有替代计划正在进行中，这将危及未来的火星着陆器、漫游车，甚至可能危及依赖轨道飞行器与地球通信的载人任务。行星协会空间政策主管凯西·德雷尔说：“我们正处于火星探索的转折点。NASA 宣称自己正在‘火星之旅’中，但它甚至无法投资最基本的基础设施来确保这一目标的推进。”
在许多人看来，NeMO 最紧迫的任务是从资深的 NASA 航天器——2001 火星奥德赛号以及自 2006 年 3 月以来一直在服役的火星勘测轨道飞行器 (MRO)——手中接过接力棒，这些航天器有因老化而报废的风险。如果它们消失了，地球将对未来几年发送到火星的所有任务保持沉默。即使它们坚持下来，它们的技术也正在变得过时。例如，NeMO 可以提供宽带地球-火星激光通信——这对于处理预计未来从红色星球涌出的通信流量来说是一个巨大的优势。
如果配备雷达，NeMO 还可以充当寻水轨道飞行器。它可以扫描火星并绘制出地下冰水层的分布图，甚至可以帮助标记宇航员安全可靠的着陆区，以便他们可以利用水来满足维持氧气的需求以及调制火箭燃料。一些科学家还呼吁 NeMO 展示新的太阳能电动离子推进器和先进的太阳能电池阵列。凭借这些能力，火星轨道飞行器非常适合额外的任务，例如帮助将珍贵的火星样本送回地球，或者漫步并调查火卫一和火卫二，这颗行星的两颗卫星。
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对于 NASA 来说，NeMO 如何融入火星探索的宏伟计划以及成本是多少存在不确定性。事实上，拟议的 2018 财年航天机构预算要求为所有民用航天项目拨款 191 亿美元。其中包括未来火星任务的资金，但没有点名 NeMO。当被问及情况时，NASA 总部行星科学部门主管吉姆·格林仅表示：“我们正在继续研究我们的方案，以长期支持我们在火星上的漫游车和着陆资产的通信。”
新的火星轨道飞行器的行星际价格标签是多少？ 这取决于情况。低端版本将使航天器仅限于中继通信。如果它还将进行科学观测，并且如果它出厂时就装载了执行更多任务的新技术，那么成本就会大幅上升。并且从 NASA 预算中分配给 NeMO 的任何资金都必须与其他愿望清单项目竞争，例如前往木星卫星欧罗巴寻找生命的探测任务，更不用说人类探索月球或火星了。
下一个火星轨道飞行器 (NeMO) 的概念草图。图片来源：NASA、JPL-Caltech、查尔斯·惠特塞尔、罗伯特·洛克
关键功能
斯坦福大学航空航天学系的斯科特·哈伯德说，NeMO 有三个关键功能。他是 NASA 的第一任“火星沙皇”，这个头衔是他于 2000 年在接连发生红色星球任务失败后重组该航天机构的火星议程时获得的。首先，他说，它必须取代多年前在火星上建立的老化的通信基础设施。否则，“所有未来的数据和未来的探索计划都将面临重大风险。” 其次，高分辨率成像仪取代 MRO 的高分辨率成像科学实验 (HiRISE) 对于为未来的科学和载人探索着陆选择安全且有吸引力的着陆点至关重要。
最后，哈伯德说，NeMO 应该包括的另一项任务是提供返回红色星球土壤样本的条件，这些样本可能由计划在三年后发射的所谓火星 2020 漫游车收集和缓存。工程解决方案可能是 NeMO 使用太阳能电力推进装置掉头飞回地球，运载一个单独的航天器，该航天器运载来自火星的货物，他说，或者它可以携带一个特殊的再入飞行器，上面装满了火星风化层和岩石，以便在此处卸货。其他人建议，返回火星样本将需要一个完全独立的航天器，或一系列航天器，其规模约为耗资约 20 亿美元的“旗舰任务”。“那是胡说八道，”哈伯德说。他总结说，如果正确设定要求，并且科学界和 NASA 中心参与这项工作以抑制他们的胃口，那么火星样本返回是可以负担得起的。
然而，尽管有所有这些可能的功能和特性，一些专家表示，NeMO 有可能成为“圣诞树”航天器。也就是说，一项任务可能会因为过多的装饰品和摇摇欲坠的肢体而负担过重，同时会消耗越来越多的开发资金。
概念研究
NASA 已经朝着 NeMO 取得了一些进展。早在 2016 年 4 月，该机构就向美国工业界征集了关于新型火星轨道飞行器的想法，以便在 2020 年代可能发射。该航天机构希望该航天器能够提供先进的通信和成像以及机器人科学探索，以支持 NASA 在 2030 年代某个时候将宇航员送往红色星球或其卫星附近的计划。
2016 年晚些时候，NASA 挑选了五家美国航空航天公司来开展潜在的火星轨道飞行器任务的概念研究。这些合同中标者——波音公司；洛克希德·马丁空间系统公司；诺斯罗普·格鲁曼航空航天系统公司；轨道 ATK 公司；以及太空系统/劳拉公司——花了四个月的时间来评估对火星远程通信和全球高分辨率成像的需求，并评估可能增加的科学仪器、光学通信和太阳能电力推进的使用。但 NASA 尚未授予任何合同以实际推进这些概念。“我认为人们普遍认为需要采取一些措施，”洛克希德·马丁公司深空探索主管盖伊·博伊特尔希斯说。“但将这项措施纳入 NASA 预算、获得资金并推进到真正的采购中的机制尚不清楚。”
然而，该航天机构的时间不多了。最早可以准备好任务的时间可能是 2022 年，而针对该日期的决定需要很快做出。“如果他们想在 2022 年进行火星轨道飞行器任务……，那将需要大约四年左右的时间，特别是如果他们想注入大量新技术，”他说。地球和火星的轨道每两年对齐一次，为每两年一次向红色星球发射航天器提供了机会。“令人担忧的是，如果他们今年没有采取任何行动，那么他们可能不得不将其推迟到 2024 年的机会，”博伊特尔希斯指出。
NASA 的火星 2020 漫游车计划收集岩芯样本，以便在未来可能的航天器任务中将这些样本运回地球进行深入分析。图片来源：NASA、JPL-Caltech
浅层冰
亚利桑那大学图森分校行星图像研究实验室主任兼 MRO 的 HiRISE 首席研究员阿尔弗雷德·麦克尤恩说，如果 NASA 真的想进行载人火星探索，那么来自 NeMO 的科学测量至关重要。他建议，NeMO 可以在低纬度地区找到浅层冰等资源，并且可以研究宇航员是否应该避开火星的特殊区域，例如具有重复性斜坡条纹的区域。这些是沿着陡峭的火星斜坡向下延伸的狭窄、深色条纹，可能是咸盐水的径迹，并且可能是火星生命的家园。
NASA 科学任务理事会科学与探索助理主任里克·戴维斯说，将人类送往火星意味着要理清一系列问题，反过来，这意味着需要进行更多的侦察。他解释说，配备强大的合成孔径雷达的 NeMO 将能够发现深层冰，并帮助规划利用该资源供未来火星宇航员使用。“我们不知道水在哪里，也不知道它是脉状还是片状分布，”戴维斯说。“存在巨大的知识差距，你需要比我们迄今为止拥有的更高的分辨率。”
令人担忧的衰落之路
缺乏 NeMO 计划只是威胁 NASA 将人类送往火星愿望的众多问题之一。航空航天安全咨询小组 (ASAP) 是一个向 NASA 和国会报告的委员会，在其 2016 年年度报告中指出，该航天机构的载人火星计划处于黄色状态——这意味着该小组不相信 NASA 正在充分解决重要问题或担忧。该安全小组向该机构建议设立一个火星任务计划办公室和/或指定一位“火星沙皇”，以促进必要的研究并确保有限的资金用于适当的技术挑战。“NASA 在定义火星之旅方面取得了一些进展，但在小组看来，目前的计划缺乏实质性的风险降低、技术成熟和先进的系统开发，以实现既定目标，”ASAP 报告解释说。此外，该小组表示，建立火星计划办公室可以促进这些努力。
德雷尔说：“我们基本上是在利用过去十年所做的投资。” 本月早些时候，这个公共空间倡导组织发布了一份关于 NASA 火星计划的审查报告，强调“火星探索的未来并非一切顺利”。此外，该空间倡导组织声称，该航天机构的红色星球机器人计划正处于“令人担忧的衰落之路……现在必须做出决定才能阻止它”。德雷尔是这份名为 火星逆行：恢复 NASA 火星探索计划的途径 报告的合著者。该文件在其建议中建议 NASA 应立即致力于开发一种火星远程通信和高分辨率成像轨道飞行器，以取代目前在轨道上快速老化的资产。“你可能会认为，为一个新的轨道飞行器辩护很容易，”德雷尔说，“但到目前为止，NASA 一直无法或不愿意承诺启动一个计划在 2020 年代初发射的轨道飞行器。”
总而言之，德雷尔说，在他看来，关于火星和该航天机构的最大收获是明确的：NASA 在本世纪的头十年建立了一个非凡的火星探索计划。2010 年代，投资水平萎缩到火星计划中只有一个任务正在开发：火星 2020 漫游车。他指出，这款轮式机器人被设计用来获取样本，以便通过尚未制定蓝图甚至尚未批准的任务将其送回地球。“尽管它的科学仪器将生成比以往任何表面任务更多的数据，[火星 2020 漫游车] 将依赖一个轨道中继网络来返回这些宝贵的数据，而该网络将有近 20 年的历史，”德雷尔说。关于 NeMO，正如德雷尔所见，“我们可以解决这个问题，但我们需要立即启动这项任务。否则，我们就是在掷骰子。”