火星上的人类可以比任何机器进行更好的科学研究

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火星在召唤。人类探险家可以最大限度地利用科学成果来揭示这颗红色星球的复杂本质。（图片来源:美国国家航空航天局/帕特·罗林斯）

（）据美国太空网（伦纳德·大卫）：人类在这颗红色星球上的逗留将极大地促进火星探索的未来。宇航员可以在那个遥远的世界完成的工作将远远超过机械化火星机械所能完成的工作——但肯定会付出更大的代价。

为此，美国国家航空航天局正在规划一项月球-火星战略，该战略将科学确定为该机构寻求人类持续探索太阳系的三大支柱之一。现在正在规划的是实现这一目标的架构。

由美国国家学院太空研究委员会主办的美国国家航空航天局月球-火星建筑研讨会将于本月晚些时候举行。根据探索系统开发任务理事会美国国家航空航天局战略和架构办公室副副副主任努朱德·梅朗西的声明，航天局正在寻求对科技投资的看法，以帮助人类可持续地重返月球并派遣宇航员前往火星。

“我们与工业界、学术界和国际社会的合作伙伴关系正在帮助美国国家航空航天局定义一种架构，使我们能够大胆地探索月球、火星和更远的地方，”Merancy解释说。

老虎队的故事

可以说，宇航员在火星表面进行的科学研究将对该架构的范围和规模产生最大影响。因此，决定科学优先事项值得尽早关注。

最近的历史表明宇航员在科学任务中的穿鞋行为为时已晚。

这是火星探测计划分析小组（MEPAG）最近一项研究的核心信息，该研究表明人类如何以及在红色星球的何处可以最大限度地进行探索和科学产出。

位于科罗拉多州博尔德的科罗拉多大学大气和空间物理实验室的高级研究科学家布鲁斯·杰克斯基领导了一个研究火星载人任务科学目标的气象探测小组老虎小组。他们的报告已于去年年底转交美国国家航空航天局。

主动出击，而非被动应对

在一次独家采访中，杰克斯基告诉Space.com:“我认为这份报告的真正价值在于我们能否引起美国国家航空航天局的关注。”。“我们看到在规划人类火星任务的架构方面正在进行大量工作。但是科学根本不在讨论范围内。他说:“作为老虎小组主席，我的目标是努力让科学参与讨论。”

杰克斯基说，将科学融入边缘并不是实现世界级科学的方式。他说，美国国家航空航天局在吸收科学方面需要积极主动，而不是被动反应。

杰克斯基指出，从20世纪60年代到70年代初，美国国家航空航天局的阿波罗计划让科学家、工程师和宇航员肩并肩携手工作，以确保科学得以完成。

“我认为这是我们今天在阿尔忒弥斯或火星上看不到的东西，”杰克斯基说。“这必须是一个迭代的过程，以确保科学和工程能够协同工作，”他说。



往深处走！未来，在这颗红色星球上进行钻探将是一项有科学价值的任务。（图片来源:美国国家航空航天局）

基于科学的着陆点

布朗大学著名的行星研究员吉姆·海德是老虎小组报告组的成员。

“美国国家航空航天局目前正在更新月球到火星计划的目标，采用‘从右设计/从左执行’的策略，”海德说。他补充说，这意味着“从既定目标开始逆向工作，建立成功所需的完整要素集。以常规方式执行所有元素的开发，并根据已建立的架构进行集成。”

海德说，MEPAG老虎小组的报告旨在成为美国国家航空航天局战略的一部分，因为该小组考虑了诸如最佳科学火星着陆点、完成目标所需的活动类型和停留时间以及潜在的机器人合作伙伴关系等问题。

海德说:“这些类型的考虑为美国国家航空航天局月球-火星计划的月球部分——阿尔忒弥斯阶段——的前馈提供了重要的见解。”

实时交互和适应性

老虎小组报告组成员贝瑟尼·厄尔曼说，火星拥有许多关于太阳系早期历史以及类地行星如何维持栖息地和生命的线索。她是加州理工学院（Caltech）的行星科学教授和加州帕萨迪纳凯克空间研究所所长。

对于许多类型的地质科学，尤其是那些涉及大量与地形互动的科学，如样本采集或深层取芯，埃尔曼说，由于实时互动和适应性，人类的能力“独一无二”。

埃尔曼告诉Space.com:“人类在舱外活动中可以在几个小时内完成火星车花费数年时间进行的数据采集和样本收集。”“随着美国国家航空航天局的月球-火星计划正在进行中，重要的是要考虑现在需要开发什么样的支持仪器和技术来装备我们的宇航员在火星上进行杰出的科学研究。”

埃尔曼标记了研究报告中提出的参考任务，这些任务体现了一系列可能性，如宇航员调查冰区、进入悬崖、探索火星更高的海拔或让探险队调查洞穴。

这些案例强调了个别特定任务如何能够实现高价值的科学。



火星上的人类探险者将通过融合机器和肌肉来扩大他们的科学范围。这里展示的是一名机组人员操作一架精巧的直升机来扩大研究区域。（图片来源:美国国家航空航天局）

促进讨论

Jakosky作为Tiger团队的主席指出，报告中列出的案例并不代表所有潜在的任务，但“应该有助于促进科学和探索社区内部和之间的讨论。”

建议的任务包括计划宇航员徒步旅行到乌托邦平原、水手谷以及Cerberus Fossae。

“任何着陆点都将提供惊人的科学成果。我认为这很清楚，”杰克斯基说。“火星是一个非常多样、地质复杂的星球。一个网站不会告诉我们所有我们想知道的关于火星的信息。”

一种情况是宇航员在火星上自然行走。这是对天然洞穴的地下研究——之前已经发现了许多火星洞穴。

有必要描述洞穴环境的可居住性条件，包括水、能源和化学势的可用性。还可以确定洞穴环境中是否存在生命迹象，报告补充道。

人类探险者可以在目标洞穴附近着陆，并在大部分任务中留在栖息地内。他们将远程操作部署在洞穴底部的样本取回机器人。报告称，与从地球上进行机器人调查相比，这样做将消除操作时间延迟，“决策时间将减少多个数量级。”



水手谷大峡谷可以说是火星上最引人注目的景观，为未来的探险队员提供了丰富的科学资源。（图片来源:欧空局/德国航天中心/福柏林（G. Neukum）、CC BY-SA 3.0 IGO）

为什么人类会登上火星？

该报告阐述了人类如何在这颗红色星球上推进一系列有价值的科学目标。显然，工作人员可以进行现场测量，执行局部区域测绘，并获得地下通道。

报告解释说，从地表、地下和大气中选择价值最高的样本并将其送入地球上的实验室至关重要。

首先，火星上的探险者可以在当地和地区放置信息收集设备网络，以捕捉火星任务期间和任务之间的过程。

从轨道上或在火星表面，作为人类穿越火星的先驱的远程操作机器人资产可以探测人类着陆点无法到达的地点，或评估丰富多样的地形和栖息地。

回到地球上，地面控制人员需要操作必要的基础设施，以确保人类在火星的安全和高效运行。由于地球上的专家团队，增强科学研究能力也至关重要。



美国国家航空航天局喷气推进实验室已经对虚拟和混合现实环境进行了实验，以此作为改善火星探索的方法。（图片来源:美国国家航空航天局/JPL以人为中心的设计团队）

高度优先的科学

这项研究的一个关键信号是在火星上与人类一起进行科学研究的地点选择。

报告强调:“鉴于火星演化历史的复杂性和火星环境的巨大多样性，没有一个单一的地点能够满足所有高度优先的科学目标。”

一个重要的研究发现是，人类可以在火星上完成重要的科学研究，“这将是机器人航天器更难或不可能做到的；人类任务的能力有可能改变火星科学探索的目标和优先事项，并且肯定会加快步伐。”

至于火星上的科学工作，老虎小组提出了三个高层次的目标:

天体生物学——确定火星上是否有过生命以及宜居性的本质；
气候和挥发性物质——揭示火星水和气候变化的过程和历史；
地质学/地球物理学/地球化学-了解从行星形成到今天的行星演化的物理记录以及驱动火星表面、地壳和内部演化的过程

杰克斯基说:“火星与太阳系其他地方的区别在于生命的潜力、水的历史、地质过程的性质以及与地球的相似性。”“其次，它是火星的相对封闭性和我们可以探索它的相对容易性，”他说。

社区意见

美国国家航空航天局·艾姆斯研究中心的前主任斯科特·哈伯德对该报告的发现非常熟悉，他现在是斯坦福大学航空航天系的附属机构。

哈伯德于2000年担任美国国家航空航天局第一任火星探测项目主任，在几次火星探测失败后重组了航天局的火星计划，为他赢得了“火星沙皇”的称号。

哈伯德告诉Space.com，在哈伯德看来，MEPAG老虎小组的报告是“基于科学目标的人类火星探索目标的优秀范例”。

哈伯德说，他希望美国国家航空航天局和即将到来的美国国家学院研究将利用老虎小组的报告作为“重要的社区投入”。