Japan Is Launching a Probe to Collect the First-Ever Samples From a Martian Moon

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的火星探测器有望回答关于火星及其卫星的一些长期悬而未决的问题。该任务名为"火星月球探测"（MMX），计划从火卫一采集至少10克样本。如果成功，这些岩石将成为首批从火星卫星送往地球的样本。

不过它们不会很快抵达。MMX探测器需要大约一年时间到达火星，然后在围绕红色星球运行的三年任务期间采集样本，之后再用一年时间返回地球。如果一切顺利，科学家预计在2031年收到这些月球岩石。

该探测器最有意思的科学问题之一是火星的两颗卫星——火卫一和火卫二——是如何形成的。对此有两种主要假说：一是卫星由与火星发生巨大碰撞时喷射出的物质凝聚而成；另一种假说则认为，这些卫星是火星引力捕获的外太阳系小行星。

这两颗卫星颜色暗黑，其反照率特征与小行星中富含水和碳的类型非常相似。然而，它们的轨道——几乎沿着火星赤道平面、且与行星自转方向相同——更能用巨撞假说来解释。将火星卫星的样本与此前采集的火星地表样本进行比较，可能有助于平息这场争论。

要采集火星卫星岩石并将其运回地球，必须克服太空飞行和通信方面的重大技术挑战。发射时，航天器质量为4,480千克（约9,900磅）。其中超过一半的燃料被分为三个储备舱：分别用于去程、探测任务和返程。进入火星附近后，MMX将在去程模块燃料耗尽后将其抛弃；飞掠火卫二之后，探测模块也会被抛弃。

这艘探测器由三菱电机设计，随后将着陆于火卫一表面。由于该卫星半径仅约11公里，着陆是一项精细操作。相比之下，地球的月球半径超过1,700公里。

在地球月球上采用的下降方法依赖于其重力环境，而火卫一的重力约为地球月球的三百分之一。然而，火卫一的重力约为约50倍于日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）此前着陆探测器的系泊小行星龙宫。

在龙宫上着陆需要长时间悬停，这是着陆更小天体的典型方法，但这对MMX不可行，因为考虑到火卫一更大的引力，这种方式会消耗过多燃料。

为了应对这一挑战，探测器配备了高精度自主导航系统，这是因为地球与MMX之间的无线电信号传输延迟长达20分钟。因此，探测器必须自主决策并执行下降、着陆以及随后的起飞程序。

在下降过程中，探测器将把地形数据与火卫一陨石坑的地形图进行比对，利用这些信息调整位置以接近预定着陆点。一旦降至300米以下，探测器还将检测表面高程是否发生变化，并将显著差异标记为危险区域。如果必要，这一机制可使探测器更改着陆点或中止着陆并暂时爬升。

在主航天器着陆前，由法国和德国航天机构联合研发的IDEFIX 火星漫游车将被部署到火卫一表面，开展为期约100天的独立探测。这辆漫游车的前期调查将作为先遣探索，确保着陆安全。

一旦着陆，机械臂将钻取圆柱形样本管以采集样品。探测器还搭载了一种最初由 NASA 开发的装置，利用氮气流从最表层的尘埃中收集细微颗粒。无论火卫一是否源于撞击事件，专家们都认为 火星沙尘 可从其表面获取。随着时间推移，陨石撞击使火星物质飞溅并覆盖在其卫星上。科学家预计，采集到的样品中约有 0.1% 来自火星本体。

该任务耗资约 3.45 亿美元，标志着日本时隔 28 年再次发射火星探测器。除预期的科学发现外，从工程角度看，该任务旨在测试新技术，为未来的采样及往返火星的飞行提供支持。

MMX 计划于 2026 年 10 月 20 日从鹿儿岛宇宙空间中心发射升空。

本文首发于 WIRED Japan ，由日语翻译而来。