天问3号研制取得突破性进展！目标合理、步伐稳健，领先于美国

本文作者——舒展｜《海陆空天惯性世界》杂志新媒体编辑，军事自媒体人

全国人大代表、天问三号任务总设计师刘继忠日前透露，天问三号火星取样返回任务的相关关键技术都已经取得突破。当前，工程主线正在开展初样研制，2026年转入正样阶段，也就是正式建造天问三号探测器了。

（NASA火星采样返回方案的理想状态，可惜无法实现）

根据总设计师的介绍，天问三号任务主要包括以下几个主要部分：轨道器、返回器、着陆器、上升器、服务器，用这些部分构成轨返组合体和着上服组合体。这其中并没有考虑巡视器，也就是火星车。那就意味着天问三号会降落到火星上的某一个地点，就地采集岩石和土壤样本。最多是用机械臂在着陆点周围几米范围之内进行不同岩土样本的选择。这种采样返回方式的目标水平当然不如ASA所提出的想法，但胜在现实可行、可操作，能够在规定的任务周期之内把火星样本带回地球，实现人类历史上的第一次。

那么NASA所提出的方案是什么样的呢？应该说他的方案已经执行了一半，但剩下一半已经流产了。

（欧洲航天局的火星采样返回设想）

正在火星上运行的毅力号火星车已经采集了不少岩土样本。按照NASA的想法，毅力号会把这些样本直接封装到一些金属的小管子里，然后把小管子放置在火星表面的某个平坦位置。2030年以后，另行派遣一台着陆器前往火星，落在毅力号撒下样本采集管的这个位置，用机械臂抓起样品管，放进火箭里再次起飞，前往火星轨道与返回器对接，然后带着样品返回地球。这种做法的好处是可以采集更大范围内的火星样本。毅力号迄今为止已经在火星上工作了6年多。行走了40千米，它的采样广泛性和代表性，当然要远远强过就地采样。

但是这样的方案也意味着巨大的成本和风险。首先要进行两次发射和星际航行，还要进行两次火星软着陆，飞行成本就增加了一倍。最困难的还是如何把取样飞行器准确降落到样品散落位置。按照设计，这位上门取件的快递小哥落地之后就不再有机动能力了，只能凭着机械手在自己身旁抓抓拿拿。

让取样飞行器降落之后，再遥控毅力号前去送件，那不就行了吗？这样的想法在火星上也是不一定能实现的。取样飞行器未必能准确降落在毅力号的附近。而且取样飞行器还没有进入工程研制，哪怕从现在开始研制，到它能够起飞抵达火星并且降落也要用上好几年。这段时间过去以后，毅力号还是不是能够工作，是不是能够行驶，谁也不敢打保票。

（毅力号已经在火星表面放下了一些样品管）

这样的任务设计还存在一个矛盾之处。取样飞行器要不要具备其他的功能？要不要携带一些其他的科学仪器，对火星的气候和地质进行就地研究。如果携带了这些科学载荷，那么就会挤占起飞器的质量体积和功率分配，影响所能够带回地球的样品数量。如果不携带任何其他科学载荷，是不是就浪费了一次难得的奔赴火星的机会？

由于种种矛盾无法协调。所以NASA这个火星采样计划的后半段就只好搁置了。毅力号只能带着它已经采集的样品管，在火星上等待着NASA选定方案。

我们回过头来看天问三号的方案，就会发现它与嫦娥五号、嫦娥六号的基本思路有很大的相似之处，都是把着陆器降落到某一个地点的之后，挖掘样品装进起飞器、点火上升，返回环绕外星飞行的轨道，与等待在这里的轨道器和返回器对接，把样品送进返回器，再返回地球。

火星采样的过程也是类似的，但是火星上有大气层。因此，航天器在向火星表面着陆的时候，需要考虑比较复杂的再入问题，要综合动用气动减速、降落伞、火箭发动机反推着陆缓冲等手段，才能把着陆器安全地降落到火星上。

（NASA设想的火星样品起飞火箭尾部）

另外，月球距离地球比较近，在月球轨道上进行分离、对接等操作，信号到地面指控中心的延迟只有一秒多，地面还有远程干预的可能性。但是从火星到地球的信号延迟时间短则4分钟，长则24分钟，航天器的各种操作都必须自主完成。因此工程上的难度要比月球采样高得多。这也是中国选择稳健方案的原因，如果像NASA一样选择一个过高的目标，就找不到切实可行的工程方案，只能望火而兴叹了。

根据计划，2031年天问三号就会把样品送回地球。那将是全世界行星地质学家们的狂喜之日。但对NASA来说却可能是个苦涩的日子。毕竟，去火星是美国人的执念