日本新宇宙飞船旨在探索火星的神秘卫星

哈耶萨鲁亚源

岩石卫星表面覆盖金箔的宇宙飞船(图片鸣谢:JAXA)

（）据美国太空网（伦纳德·大卫）：火星本身是一个令人困惑的世界，尤其是当它是古代还是现代生命的家园时。但是暂时把它放在一边。即使没有可能的生命存在，这颗红色星球也足够神秘，因为它被几个怪人环绕着。

没有人确切知道火星的两个卫星，火卫一和戴莫斯，是如何到达它们现在的位置或者它们是由什么组成的。

但是现在，一项大胆、冒险的事业正在准备发射，它可以帮助我们更好地了解火星的卫星。日本计划中的火星月球探测(MMX)宇宙飞船任务包括对火卫一进行钻探和取样，然后用火箭将这些令人垂涎的收藏品送回地球。

现场侦查工作

为什么这么大惊小怪？火星的这两个卫星非常古怪。两颗卫星都在近乎圆形的赤道轨道上；火卫一缓慢螺旋进入火星，而戴莫斯逐渐螺旋远离。

根据理论，它们可能是火星形成后捕获的小行星。或者，它们可能是一次与火星的巨大碰撞的残留物，然后合并在一起。

日本宇宙航空研究开发机构的MMX通过现场侦查工作来帮助解决这一难题。该任务涉及与欧洲和美国的大量合作，包括开发机载科学仪器和硬件。

如果一切按计划进行，MMX将于明年到达目的地。发射大约一年后，MMX飞船将抵达火星，开始它的长途飞行任务。一旦任务完成，探测器将返回地球近一年，在2029年将收集的样本送回家。它的样品返回舱将在澳大利亚偏远内陆的目标区域内完全停止。



JAXA的火星月球探测(MMX)轨道计划。(图片鸣谢:JAXA)

抓放

近十几个科学仪器将搭载在MMX飞船上，其中七个专门用于遥感和现场观测火星卫星。两个是用于从火卫一收集材料的取样装置，两个仪器用于测试和开发探索技术。

MMX宇宙飞船配备了两种不同的机制来从火卫一上收集物质:C(岩心)取样器和P(气动)取样器。来自月球表面的火卫一物品将被储存在一个样品返回舱中。

岩心取样器使用机械臂从火星卫星上收集地下物质，将这些物质储存在一个管子中，然后放入样品返回舱中。

气动取样器利用压缩气体将火卫一表面的物质顶起，转移到样品容器中。

硬的还是蓬松的？

MMX任务的另一个组成部分是由法国国家空间研究中心(CNES)和德国航空航天中心(德国航天中心)联合开发的德法火星车。

从火卫一上方大约130英尺到近330英尺(40到100米)的高度下降，这个机器人将自动直立，并在大约三个月内完成任务。在此期间，漫游者将接近感兴趣的科学目标，帮助辨别母航天器将收集哪些火卫一样本，以便在返回舱中拖回地球。

但是直接与火卫一打交道并不容易。

火卫一是两颗布满陨石坑的火星卫星中较近的一颗，是两颗卫星中最大的一颗，直径为17 x 14 x 11英里(27 x 22 x 18公里)。它一天绕红色星球三圈。火卫一处于微重力环境，只有地球重力的1/2000。

MMX号宇宙飞船在那里会发现什么还不确定。月球表面的物质会硬到足以着陆，还是会柔软蓬松？



在这张蒙太奇照片中，显示了火星及其两个卫星，戴莫斯(上图)和火卫一。那些卫星的起源仍然是个谜。(图片鸣谢:DLR (CC BY-NC-ND 3.0))

表面变化

特里克·戴利是约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)的行星科学家，也是MMX科学工作小组的成员。今年早些时候，他被选为美国国家航空航天局资助的参与科学家，他将通过比较MMX照片数据和过去这两个卫星的图像，寻找火卫一和戴莫斯的表面变化。

“MMX任务是雄心勃勃的，”戴利告诉Space.com，“没有人从火星的卫星上带回过样本，”指出MMX任务是建立在JAXA成功的隼鸟和隼鸟2号任务的基础上的，隼鸟和隼鸟2号任务从两颗近地小行星丝川(2010年6月)和龙谷(2020年12月)带回了样本。

“一个大问题是，火卫一和戴莫斯是被捕获的小行星，还是一次巨大的火星撞击的余波，”戴利说。“能够回答这个问题将有助于我们更好地了解太阳系的起源和演化，从火卫一带回样本将有助于解开这个谜。”

火卫一101

APL的David Lawrence是MMX任务的伽马射线和中子(MEGANE)伽马射线和中子光谱仪的科学负责人。它将利用伽马射线和中子测量火星的卫星火卫一的元素组成。

“现在，我们对火卫一的元素组成知之甚少，甚至一无所知，”劳伦斯告诉Space.com，“然而这些信息是理解火卫一如何形成的关键。"

在《火卫一101时尚》中，劳伦斯说，有一种“信封背面”的方式来评价构图如何帮助在两种理论之间做出决定。

“如果火卫一是通过一次巨大的撞击形成的，它可能会变得非常温暖，并烘烤掉容易挥发的元素。相比之下，如果火卫一是一个被捕获的物体，可能来自更不稳定的丰富的外太阳系，那么人们预计这些元素会有更高的丰度，”劳伦斯说。



在火卫一上行驶的德法MMX火星车。(图片鸣谢:JAXA)

跑腿活

另一个NASA资助的MMX硬件是蜜蜂机器人公司设计的P取样器。

该设备安装在MMX着陆器的腿上，设计用于在飞船着陆火卫一后5秒钟和起飞前3秒钟进行采样操作。

“在火卫一上采样的两个最大挑战是非常低的重力和采样系统规模下火卫一风化层的未知属性，”该公司勘探系统副总裁兼高级研究科学家克里斯·扎克尼说。“气动取样器的设计是为了解决这两个挑战，”他告诉Space.com。

挖掘:搅拌和放样

Zacny说，使用压缩氮气搅动浮土并将其放入样品容器，解决了浮土的未知性质。

由于气动系统基本上是一个产生推力的火箭发动机，蜜蜂机器人小组还必须消除由此产生的推力，使系统适合低重力。Zacny说，这是通过实施额外的向上的气体喷嘴实现的——与向下的挖掘喷嘴方向相反。

“为了验证气动采样器已经为这项任务做好准备，我们在真空室内用中佛罗里达大学Exolith实验室提供的火卫一风化层模拟物做了大量测试，”Zacny说。

就整个MMX任务本身而言，APL的Lawrence说，这确实是一个大胆而雄心勃勃的事业，“但当然，这正是它令人兴奋的地方。”

鉴于日本过去两次非常成功的小行星样本返回任务，“这是JAXA展示他们在执行此类行星科学任务中的实力的一个伟大的下一步。”