解读最新美国NASA发布2024-2044年火星探索计划
解读最新美国NASA发布2024-2044年火星探索计划
美国宇航局（NASA）于2024年12月11日发布了2024-2044年火星探索计划，该计划为未来20年的火星科学和机器人工作提供了指导和优先事项。本文将深入解读这一重要计划的背景、目标和实施策略。
美国宇航局的火星探索计划 (MEP) 是一项以科学为导向、以机器人为中心的计划，旨在描述和了解火星，包括其当前的环境、气候和地质历史以及生物潜力，并为人类探索做好准备。在过去的二十年里，MEP 在整个火星探索历史的基础上，创建并维护了一系列机器人任务，包括轨道器、着陆器、探测车和直升机，取得了许多科学和技术突破。
范围与目标
该计划为 MEP 在未来 20 年（2024-2044 年）的科学和机器人工作及其在实现国家火星雄心方面的作用提供了指导和优先事项。它旨在与NASA 战略计划 （2022 年）和 NASA 科学任务理事会 (SMD)科学战略 （2023 年版）保持一致；NASA 的月球到火星战略和目标发展（2023 年）；
该文件提出来几个重点：探索的理由是什么？我们要探索需要哪些基础能力？探索系统应该建到哪里？还有个重要问题，如何前往和返回？月球探索目标将在何时实现？纳入架构的合作伙伴有哪些？当前的行星和天体生物学十年调查（起源、世界和生命：2023-2032 年行星科学和天体生物学十年战略）（2023 年）；火星探索计划（上次批准于 2021 年）；以及多份火星科学界报告。MEP 2024-2044 计划为火星的可持续科学计划提供了战略方针。
此 MEP 计划不包括火星样本返回 (MSR)，后者是 MEP 的一个独立计划。在发布本文件时，MSR 正在进行架构研究。该计划确实包括与毅力号探测器收集样本相关的 MEP 职责，以及有关 MEP 对 MSR 返回样本的管理职责的概念信息，称为样本接收项目 (SRP)，该项目目前暂停，等待 MSR 做出决定。
虽然该计划是对NASA的《月球到火星战略和目标发展》（2023 年）的补充和支持，但它并未定义或改变 NASA 载人探索计划的任何方面。
为什么是火星
数千年来，火星一直吸引着人类的兴趣和想象，从古代文明的神话到我们当今时代的机器人任务，再到人类和机器人在这颗红色星球上共同工作的可实现的愿景。除了我们的家园之外，火星拥有太阳系中最像地球的表面条件。它是一个可以到达的目的地，人类可以在这里解决一些最深奥的科学问题。
火星曾经有生命吗？现在仍然有生命吗？人类的存在如何改变科学发现以及我们需要做什么了解火星环境，使人类能够生存和维持火星上存在吗？如果火星上从未出现过生命，那为什么呢？如果火星上曾经存在生命，但现在却不存在，那为什么它会灭绝呢？
收集火星岩石样本对火星文件内容选取解读火星是一个非常特别的地方。对这颗红色星球的迷恋可以追溯到古埃及天文学家。巴比伦人和希腊人追踪了这颗行星的运动。伽利略首次用望远镜观测火星。即使在今天，当我们仰望夜空，看到头顶上有一个淡红的圆点时，它仍然激发我们对这个与地球有相似之处，但又截然不同的近地世界产生好奇。
过去五十年，NASA 发射了轨道飞行器、着陆器、探测车，甚至还有直升机来探索我们神秘的邻居。没有什么比在经历“恐怖七分钟”后登陆火星更能激发全世界的想象力了。曾经被认为是贫瘠荒地的地方，如今却被证明是一个奇妙的目的地。过去，火星可能曾经水资源丰富，可能有生命。火星上发生了什么，以至于它与我们的地球有如此巨大的差异？这是一个基本问题，可以帮助解开我们太阳系的奥秘。
艺术家构想的未来宇航员勘测感兴趣的科学地点。NASA
纵观人类历史，对地球的探索通过发现改变了我们的世界。同样，我们这个时代伟大的火星探测器，其中包括火星勘测轨道器和火星探测器“好奇号”和“毅力号”，正在彻底改变我们对火星的认识，让全世界都加入到它们的探索之旅中来。就像我们对地球的探索一样，我们对火星了解得越多，我们就越渴望获得更多的知识。是的，我们在这颗红色星球上取得了惊人的成功，但还有更多的东西有待探索。事实上，我们只探索了火星的一小部分，尚未探索的地方是最有趣的地方：火星地下、洞穴和熔岩管，以及几乎所有的极地地区……
2023 年前和 2024 年后的未来计划进展
仅举几例。人类探索火星是必然的，但在人类登陆火星之前，还有很多工作要做。我们必须继续寻找火星上的生命……无论是远古生命还是现代生命。我们必须更好地描述水源位置，因为水是未来宇航员的关键资源。我们还必须了解与气候、地质和大气相关的地球动态。
尽管 NASA 在探索火星方面取得了成功，但未来仍取决于合作。世界各地的航天机构和航天领域的商业实体从未像今天这样有能力或对火星表现出如此浓厚的兴趣。
火星地形多样性示例。NASA /JPL‑Caltech/UArizona
此外，我们必须挑战传统思维，为火星探索寻找新的、有创意的解决方案。这可以包括寻求低成本的科学调查、加强我们在火星周围的基础设施、寻求新的使能技术，以及创造一个扩大火星探索参与度的环境。
火星探索处于十字路口
寻找生命，如果研究人员能够在样本中检测并验证任何古代生命的迹象，这一发现将彻底改变我们对生命在宇宙中的普遍性和作用的理解，对科学和整个人类产生深远影响。它可能会对机器人和人类探索产生变革性影响。
用于探索天体生物学独特领域的新技术正在关键时刻日臻成熟。随着人类探索即将开始， MEP只剩下非常有限的时间在原始火星环境中开展科学研究，不受人类不可避免地给火星带来的生物影响，即使使用封闭系统（例如宇航服、栖息地、车辆）。
揭示火星是一个动态行星系统，先前任务的成功表明，火星是一个比预期更加动态和多样化的地方，还有许多谜团有待解决。随着航天器的老化，其使用寿命远远超过了预期，MEP 的长期天气、成像和其他遥感资产正受到威胁。这些航天器已经证明了提供与所有火星任务的科学和/或操作相关的火星不断变化的环境和背景的持续记录的科学和操作价值。
为了最大限度地促进科学发现并提高国家对火星探索的投资回报，认真执行 MEP 2024‑2044 计划可以利用任务调查来造福多个科学主题。三个同等重要的科学主题（探索火星生命的潜力、支持人类探索火星以及揭示火星作为动态行星系统）并非孤立存在。
潜在的火星生命和人类探索
如果火星上现在还存在生命，那么它们很可能已经找到了远离强烈辐射、剧烈温度波动和大部分火星表面普遍缺水的地方作为避难所。寻找现代微生物生命的证据可能需要进入几十米甚至更深的地下，那里的条件更适合生命生存。
潜在的火星生命和火星作为动态行星系统
这些组成部分如何相互作用，这种相互作用又如何随时间而变化？火星是否有一个生物圈，它会影响这些变化，并受这些变化的影响？发现现在（甚至过去）的生命本身就是一个重大发现，但同样重要的是了解使生命得以扎根和（可能）持续存在的环境。例如，火星轨道状态的缓慢演变极大地改变了近地表冰冻圈，使水冰在两极和低纬度之间重新分布。
人类探索与火星作为动态行星系统
火星在不断演变，包括人类可观察到的时间尺度。了解火星天气和尘埃环境的快速变化是降低火星上人类风险（包括物质风险和操作效率风险）以及开展比较行星学研究（地球、火星和其他行星之间的差异及其原因）的关键领域之一。
扩展火星任务的新模型
结合中继轨道器改进的干线性能，下一代 MRN 可以支持从火星返回超过 1 Tb/天的合计数据，更高海拔的轨道器具有更高的频率，定向近距链路可以提供对于适当装备的轨道器和着陆器，提高了中继可用性并实现了 10-100 Mb/s（或更高）的中继数据速率。
使用低成本的运输方式向火星运送多艘航天器，
粗略着陆器概念图。NASA /JPL‑Caltech