日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）将通过火星探测任务（MMX），尝试首次从火星的卫星上采集样本并带回地球。该任务旨在揭示火星卫星的起源之谜——它们究竟是被火星引力捕获的小行星，还是由巨大撞击产生的碎片形成。如果成功，这批预计于 2031 年抵达地球的样本将提供关键证据，同时该任务也将测试未来深空往返旅行的新技术。
核心谜题：火星卫星的起源
MMX 任务最主要的目标是解开火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos）的形成之谜。目前科学界存在两种主流假说：
- 巨大撞击说： 火星曾与一个巨大天体发生碰撞，其抛射出的物质最终凝聚形成了这两颗卫星。卫星的轨道特征（近圆形、沿赤道平面运行）支持这一观点。
- 捕获小行星说： 这两颗卫星原本是来自外太阳系的小行星，在经过火星时被其引力捕获。卫星的颜色和光反射特性与富含水和碳的小行星相似，这为该假说提供了证据。
通过将采集到的样本与之前从火星表面收集的样本进行对比，科学家希望能为这场争论画上句号。
漫长的旅程与技术挑战
将火星卫星的岩石带回地球，需要克服航天和通信领域的重大技术难题。
- 漫长时间线： 探测器飞往火星需要 一年，在火星轨道上进行采样操作需要 三年，返回地球则再需 一年。
- 巨大的燃料消耗： 发射时，探测器总重约 4480 公斤，其中超过一半是燃料。这些燃料分为三部分，分别用于去程、探测和返程。
- 模块化设计： 探测器在完成相应阶段任务后会抛弃耗尽燃料的模块，以减轻重量，最终只有装载样本的返回舱会回到地球。
在火卫一上着陆：一项精密的自主操作
在半径仅约 11 公里的火卫一上着陆是一项极其精细的任务。它的引力远小于地球的月球，但又比 JAXA 之前登陆过的小行星“龙宫”要大得多。
地球月球的引力大约是火卫一的 300 倍，而火卫一的引力又大约是小行星“龙宫”的 50 倍。
这种不大不小的引力使得传统的着陆方式不再适用。在“龙宫”上使用的长时间悬停调整方法会消耗过多燃料，而在地球月球上依赖重力的下降方式也不可行。
为了应对这一挑战，探测器必须依赖 高精度的自主导航系统。由于地球与火星之间存在长达 20 分钟的无线电信号延迟，探测器必须能够自主决策并执行下降、着陆和起飞的全过程。
- 地形匹配： 在下降过程中，探测器会将其观察到的地形与预存的火卫一陨石坑数据进行对比，以调整自身位置。
- 危险规避： 在 300 米以下的高度，探测器会检测地表是否有异常变化，并标记为危险区域，以便在必要时更换着陆点或中止着陆。
- 先行侦察： 在主探测器着陆前，由法德航天机构联合开发的 IDEFIX 漫游车将率先部署到火卫一表面，进行约 100 天的独立探索，为后续的安全着陆提供保障。
采样方法与意外收获
MMX 探测器将使用两种方法采集样本，目标是至少 10 克。
- 核心钻取： 使用机械臂将圆柱形管钻入地表，以收集深层样本。
- 气动采集： 使用一股氮气流吹起表面的细小尘埃，并将其收集起来。
科学家们还有一个额外的期望：在火卫一的样本中找到来自火星的物质。
专家们相信，随着时间的推移，陨石撞击已将火星的物质炸飞到了其卫星上。预计采集到的样本中，大约 0.1% 将是来自火星本身的碎片。
任务意义与未来展望
这项耗资约 3.45 亿美元的任务是日本时隔 28 年首次发射火星探测器。它不仅有望带来重大的科学发现，从工程角度看，更是一次对未来地外天体采样和往返旅行新技术的全面测试。
MMX 探测器计划于 2026 年 10 月 20 日 从种子岛宇宙中心发射升空。