日本率先出发：人类第一次向火星圈要样品

日本当地时间10月20日4时41分03秒（北京时间3时41分03秒），种子岛宇宙中心吉信发射位，H3火箭10号机准时点火，将日本火星卫星探测计划「MMX」（Martian Moons eXploration）送上飞往火星的路。约71分钟后，火箭上面级完成第二次点火，探测器与火箭分离，进入飞往火星的转移轨道。这艘探测器发射质量约4480千克，不去火星表面，而是瞄准火星最大的卫星火卫一（Phobos）。按计划，它将在火星体系工作三年多，采集至少10克样品，并于2031年带回地球。这是人类第一次把火星卫星采样返回任务真正送上征途。如果全程成功，MMX将首次从火星卫星取回样品，并首次完成从火星圈采集物质、返回地球的完整任务。火星陨石早已自然抵达地球，但人类还没有从火星表面亲手采集岩石，再将其完整带回实验室。

日本这次抢先出发，却不意味着能率先回答火星的所有问题。美国毅力号（Perseverance）采集的岩芯仍留在杰泽罗撞击坑，原有火星采样返回计划已陷入经费困境；中国天问三号则计划在2028年前后发射，争取2031年前后带回火星表面样品。三条路线指向不同的目标：MMX研究火卫一的起源，并寻找其中夹带的火星物质；美国任务原本希望把经过多年筛选的古湖床岩芯送回地球；天问三号则将直接在火星地表采样。它们不是在争夺同一块土，而是在从不同位置拼接火星的历史。

一、升空71分钟，H3首次完成行星际注入

这次使用的火箭构型为H3-24L。「2」代表两台LE-9液氢液氧主发动机，「4」代表四枚SRB-3固体助推器，「L」代表长整流罩。火箭全长约63米，起飞质量约575吨。两台LE-9发动机的真空推力合计约2942千牛，四枚固体助推器的总推力约9200千牛。

起飞约2分钟后，四枚固体助推器分两对脱落；约197秒，整流罩打开；约292秒，一级关机并与二级分离。此后，上面级LE-5B-3发动机先点火，将探测器送入地球轨道，再关机滑行近1小时。起飞约63分56秒后，发动机第二次点火；约71分10秒，MMX与火箭分离。分离时，探测器距地面约592公里，速度约每秒11.2公里，已达到离开地球所需的速度，开始独立飞向火星。

这次任务还有一项火箭技术上的纪录：它是H3首次将探测器直接送入行星际转移轨道，而不是先把航天器送入地球轨道。对仍在积累飞行经验的H3而言，难度又上了一级。

十号机使用的长整流罩长16.4米、外径约5.2米，是这一型号首次飞行。此前，H3已在2025年10月以四助推器构型执行过货运发射，但使用的是更宽的整流罩。MMX带有收拢的太阳电池翼、采样装置和着陆机构，需要更长的空间容纳；飞向行星际的弹道也对气动加热提出更高要求，因此整流罩增加了隔热设计。

这次成功，对H3同样重要。火箭前九次飞行中有七次成功。2023年3月，首飞因二级发动机未能点火而失败，MMX也因此错过原定的发射窗口。2025年12月，八号机又因载荷支撑结构失效、液氢贮箱受损，导致准天顶卫星5号未能入轨。此后，六号机和九号机相继成功，H3重新证明了上面级点火能力。十号机进一步完成了长整流罩与行星际注入的组合验证。

MMX不是H3的一次普通发射。它要在一次任务中跨过火箭、深空导航、微重力采样和地球返回等多个难关。眼下，第一关已经迈过。

二、三截式探测器：能省掉的重量，就留在火星

MMX采用三模块设计：推进模块负责飞行，勘探模块携带科学仪器、小车和采样设备，回路模块则装有返回舱。

抵达火星后，探测器将逐步调整轨道，先完成全球观测，再开展近距离勘探。离开火星体系前，推进模块和勘探模块将不再返航，只有回路模块带着样品返回地球。

这种设计的思路很直接：没必要让所有设备都陪着样品回家。

项目早期曾考虑在火星附近交会对接，再把样品转移到返回飞行器上。这会增加导航、对接和样品转移等环节的复杂性。为赶上任务窗口，项目最终选择了更直接的方案。

探测器的太阳电池翼展开后，翼展约9米。即便如此，在地球与火星相距约2.7个天文单位时，通信速率仍很有限：X波段约每秒32千比特，Ka波段约每秒128千比特。因此，部分图像和数据会保存在回路模块中，随样品一起返回地球，而不能完全依靠无线电传输。

任务主要使用日本的臼田64米、美笹54米深空天线，同时获得NASA深空网和欧洲空间局（ESA）测控网络的支持。ESA还提供深空通信设备。MMX由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）主导，是日本战略性中型科学探测任务的重要一步，也是三菱电机首次担任这类科学探测器的主承包商。

探测器约4480千克的发射质量，更能体现这次任务的跨越。相比之下，隼鸟2号发射质量约609千克。深空探测器的规模不再完全受早期运载火箭能力所限，任务设计也开始围绕更完整的科学目标展开。

三、火卫一：一个正在坠向火星的「土豆」

火卫一的外形很不规则，尺寸约为26×23×18公里，平均半径约11公里。它的质量约为1.06×10¹⁶千克，只有月球质量的约七百万分之一。

这里的重力小得惊人。表面重力加速度约为每秒每秒0.0057米，只有地球的约1700分之一；逃逸速度约每秒11.4米，接近骑自行车的速度。人在这里跳得太猛，甚至可能再也落不回地面。

火卫一紧贴火星运行，轨道半长轴约9375公里，距离火星表面约6000公里，绕火星一周只需7小时39分钟，比火星自转快得多。从火星表面看，它会从西边升起、向东边移动。

潮汐作用已经将火卫一锁定，使它始终以同一面朝向火星。更重要的是，火星引力还在不断拉近两者的距离：火卫一每年向火星靠近约2厘米。按照现有估算，几千万年后，它可能被潮汐力撕碎，成为环绕火星的碎屑。

火卫一表面最醒目的地貌，是直径约9公里的斯蒂克尼撞击坑。对于这样一颗小天体而言，这几乎是一记足以改变整体结构的撞击。它的表面还布满沟槽，成因至今存在争议；表面物质整体偏暗、偏红，反照率约7%，内部可能有大量孔隙，是一颗结构松散的碎屑集合体。

另一颗火星卫星火卫二（Deimos）平均直径约12公里，轨道半径约为火卫一的2.5倍，绕火星一周约需30小时。它位于火星同步轨道之外，正逐渐远离火星。MMX不会在火卫二着陆，但计划在返航前对它进行近距离飞掠观测。

两颗卫星的起源是否相同，是MMX的重要科学问题之一。它们的外观、轨道和内部结构，都是解开这一谜题的线索。

四、火卫一究竟是被抓来的，还是撞出来的？

关于火卫一的起源，科学界主要有两类解释。

第一种观点认为，它原本是一颗小行星，后来被火星引力捕获。火卫一的颜色很暗，光谱特征与外太阳系的一些D型小行星相似，这为捕获说提供了依据。

如果这个假说成立，火卫一可能保存着早期太阳系外侧的原始物质。这些物质中的水、有机物和其他挥发性成分，或许有助于解释生命所需原料如何被输送到类地行星附近。人类此前已从龙宫和贝努等小行星带回样品，但还没有直接采集过典型D型小行星的物质。

第二种观点认为，火卫一是一次巨大撞击的产物。小行星被火星捕获后，通常会形成较扁、倾角较大的轨道；火卫一和火卫二却几乎沿着火星赤道、在接近圆形的轨道上运行。这更像一场巨大撞击产生的碎屑盘，经过长期演化后重新聚集形成卫星。

问题在于，火卫一的光谱又不像典型的火星玄武岩。撞击产生的高温也可能使部分挥发性物质流失，不容易解释它为什么仍保留某些类似小行星的特征。还有观点认为，两颗卫星可能来自共同母体的破碎与重新聚集，或者由撞击碎屑与外来物质混合形成。

NASA行星科学部的汤姆·斯塔特勒（Tom Statler）在发射前的说明会上指出，两类证据指向不同的方向，火卫一起源问题的难点就在这里。

MMX的样品，将让这些争论第一次有机会接受实验室检验。氧同位素组成是重要证据之一：不同来源的天体可能留下不同的同位素特征。挥发性物质和水合矿物的含量，则可以帮助判断这些物质是否经历过强烈加热。样品的年龄、冲击变质特征和矿物组成，也能进一步约束火卫一形成及演化的过程。

因此，采样点并非越容易抵达越好。法国近红外光谱仪和美国元素测量仪器会先对火卫一开展全球调查，为采样点选择提供依据。研究人员需要尽可能让带回的样品具有代表性，而不是只拿到一小撮恰好与其他区域不同的土。

五、10克火卫一土，可能夹着火星砂

MMX任务还有一层意外的科学价值：即使火卫一本身是一颗被捕获的小行星，它的表土也可能混有大量火星物质。

火星遭到小行星撞击时，部分岩石会被抛射到太空。火卫一距离火星很近，其中一些碎屑可能落到它的表面，经过漫长时间混入土壤。不同模型对火星物质所占比例的估计，从约250百万分之一到千分之一左右不等。

如果按照约340百万分之一的比例估算，并假设颗粒直径约0.3毫米，那么10克样品中有望出现约30颗火星来源的颗粒。具体数量当然取决于实际组成和颗粒分布，但这意味着MMX带回的或许不只是火卫一的身世线索。

这些颗粒与地球博物馆里的火星陨石并不完全相同。火星陨石必须穿过地球大气层，撞击和烧蚀可能改变其中的挥发性成分；落到火卫一上的火星抛射物则不需要再经历一次大气再入。

不过，火卫一表土不能替代火星表面采样。它带回的火星物质可能经历过撞击、混合和长期太空风化，来源地点也未必能准确追溯。它能够补充火星历史的拼图，却无法直接回答某个特定湖床或地层中曾经发生过什么。

约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的戴维·劳伦斯（David Lawrence）负责伽马与中子谱仪MEGANE。他指出，研究人员目前对火卫一的元素组成仍缺乏直接认识，已有信息主要来自矿物学线索。MEGANE将测量表层几十厘米深度的元素组成，而采样器主要获取最上面的土壤。两类数据结合后，研究人员才有机会判断火星物质在火卫一表土中究竟有多常见。

六、小车先探路，再完成两次微重力采样

▲MMX预计于2027年8月抵达火星附近，9月起进入围绕火卫一运行的拟卫星轨道，开展全球观测和采样点筛选。

火卫一的引力太弱，航天器很难像在普通行星附近那样，长期维持稳定的近距离环绕轨道。所谓拟卫星轨道，并不是绕着火卫一本身转，而是探测器绕火星运行，轨道周期与火卫一接近，于是从火卫一看来，探测器像是在它周围盘旋。

▲勘探模块正式着陆前，会先释放一辆名为「IDEFIX」的小车。这个名字来自法国漫画《阿斯特里克斯》中的小狗伊黛菲克斯，也呼应法国1965年发射的第一颗卫星「阿斯特里克斯」。

IDEFIX由法国国家空间研究中心（CNES）和德国航空航天中心（DLR）联合研制，车体质量约23.5千克。在火卫一表面，它受到的重力相当于地球上约15克物体的重量。小车有四个轮子和四条可动的腿，能够在弹跳后调整姿态、重新站稳，设计工作时间约100个火卫日。它的名义行驶速度只有每秒1毫米，稍有不慎，就可能因反作用力而失去与地面的接触。

按计划，小车将在2028年底至2029年初前后释放。它携带导航相机、近距离相机、拉曼光谱仪和微型辐射计，用于调查地表的物质组成、颗粒特征和环境条件。对一颗几乎没有重力的天体来说，先确认地表软硬、坡度和粉尘情况，再让价值数十亿日元的主探测器下落，是必须先迈过的一步。

随后，MMX将利用图像导航技术完成两次不同地点的着陆与采样。它将接着日本SLIM月球探测器定点着陆技术的经验，尽可能把着陆位置控制在预定区域。

困难在于，火卫一几乎没有足够的重力帮探测器稳稳停住。着陆腿的弹性、采样器的动作，甚至一次不合适的接触，都可能把航天器重新弹离地面。它必须在浅得几乎站不住的引力井里完成采样，然后再自行起飞。

▲MMX为此准备了两套采样系统。日本研制的C-SMP采用芯管，通过形状记忆合金机构插入表面以下约2厘米，获取相对完整的浅层样品；NASA委托霍尼比机器人公司研制的P-SMP则采用气动采样方式，利用压缩气体把表面颗粒吹入容器。两次采样将兼顾不同深度和取样方式，目标是至少带回10克物质。

10克看起来不多，却不是把铲子伸进土里那么简单。隼鸟2号从龙宫带回约5.4克样品，奥西里斯-雷克斯（OSIRIS-REx）从贝努带回约121.6克。MMX的难点不在重量，而在于微弱重力条件下，探测器要稳住自己、收集样品，再安全起飞。

七、美国的岩芯还在火星，接它们回家的计划却失去了经费

MMX飞向火星时，另一个值得关注的事实是：美国已经在火星上储备了一批经过多年筛选的样品，却暂时没有一套获得充分资金支持的完整返回方案。

毅力号于2021年2月18日降落杰泽罗撞击坑，主要任务之一就是寻找和采集能够揭示早期火星环境的岩石与土壤。截至2026年10月，样品管中已保存29份岩石和表土样品，另有5根见证管，用于监测采样过程中可能带入的污染物。

2023年初，毅力号还在三岔（Three Forks）区域留下了10根密封样品管，作为未来返回任务的备用样品库。此后，它继续向撞击坑三角洲和坑缘等区域推进，采集新的岩芯。

这些样品与MMX准备采集的火卫一表土，科学价值并不相同。毅力号的岩芯来自经过挑选的地质露头，能够帮助研究人员重建古湖泊、河流和沉积环境。MMX则要判断火卫一如何形成，以及它的土壤中混有多少火星抛射物。即便MMX成功返回，也不能代替火星表面样品。

● 一项复杂到必须接力的任务

▲美国火星采样返回（Mars Sample Return，MSR）原本就不是单一航天器的任务，而是一套跨越火星表面、火星轨道和地球的接力系统。

毅力号负责选石、钻孔和密封样品；后续着陆器需要把样品从地表收集起来，交给火星上升器；上升器再将装有样品的容器送入火星轨道。欧洲空间局的地球返回轨道器随后捕获容器，把样品转移至返回舱，最终带回地球。

这里最具挑战性的环节之一，是让一枚携带样品的火箭从火星表面起飞，进入另一颗行星的轨道。人类此前从未完成过这样的任务。

成本和时间表最终压垮了原有方案。2023年独立审查认为，项目全寿命成本可能达到80亿至110亿美元，样品返回时间甚至可能推迟到2040年。2024年，NASA时任局长比尔·纳尔逊直言，110亿美元的成本太高，2040年的返回日期也不可接受。

NASA随后研究过更精简的架构，包括沿用空中起重机着陆方案，或引入商业着陆器；工业界也提出过成本更低的替代构想。但这些设想始终没有变成一套获得完整经费支持的执行方案。

2025年，美国政府的预算请求提出终止现有火星采样返回计划。2026年的拨款安排也没有为原有架构提供继续执行所需的支持。欧洲方面则开始重新评估地球返回轨道器的后续安排。到2026年10月，毅力号仍在工作，样品管仍在火星，而接它们回家的路线已经中断。

问题不只是预算表上的一个数字。2024年7月，毅力号在内雷特瓦谷附近一块名为「切亚瓦瀑布」（Cheyava Falls）的岩石上，采集了名为「蓝宝石峡谷」（Sapphire Canyon）的岩芯。岩石上有类似豹纹的斑点，并富集某些铁磷酸盐矿物。

2025年发表在《自然》上的研究将相关发现描述为潜在生物特征，而不是已经确认的生命证据。地球上的类似矿物结构，有时与微生物活动有关，但非生物过程也可能产生相似现象。毅力号现有仪器无法彻底区分这些可能性，真正有说服力的判定需要把样品带回地球，用更精密的仪器进行分析。

1996年，南极发现的火星陨石艾伦山84001曾因疑似微化石结构引发巨大争论，后来许多特征被提出了非生物成因解释。科学越是接近生命起源问题，就越需要谨慎：一处斑点可以成为重要线索，却不能单独成为结论。

● 天问三号，走的是另一条路线

▲中国天问三号公开规划于2028年前后实施发射，目标是2031年前后将火星样品带回地球。方案采用两次发射，分别承担火星表面采样、上升，以及轨道器和返回器等任务。

按照公开规划，着陆器将在火星表面工作约70天，并通过钻取等方式获取样品，钻探深度目标约2米。候选区域侧重古代湖床、含铁氧化物和黏土等地质环境，任务将结合中国此前嫦娥五号、嫦娥六号月球采样返回所积累的工程经验。

三项任务的关键区别，可以归纳如下。

比较项目

日本MMX

美国火星采样返回

中国天问三号

采样对象

火卫一表土，可能混有火星抛射物

杰泽罗撞击坑中经过筛选的岩芯

火星选定区域的表面及浅层样品

任务状态

已进入飞向火星的转移轨道

原有返回方案缺乏继续执行的资金支持

公开规划于2028年前后发射

计划返回时间

2031年

暂无已获完整资金支持的返回计划

2031年前后

核心科学问题

火星卫星的起源，以及其中保存的火星物质

古湖泊、河流和沉积环境，以及潜在生命迹象

火星地质演化、含水环境及生命迹象

如果两项仍在推进的任务都能按计划完成，2031年前后，人类有望先后拿到火卫一表土和火星表面样品。它们很可能来自不同的物质来源，也将回答不同的问题。火卫一的一撮土，不会自动替代杰泽罗的一根岩芯。

八、那些以妖怪命名的眼睛

MMX要想选对采样点，必须先把火卫一看清楚。

▲远距离和近距离观测由多台仪器分工完成。望远相机TENGOO取名自日本传说中的天狗，负责拍摄地形；广角多光谱相机OROCHI取名自八岐大蛇，通过多个波段分析表面物质；激光高度计则负责测绘形状和地形，为最后几十米的着陆导航提供依据。

法国研制的近红外光谱仪MIRS负责寻找含水矿物和有机物，并观测火星大气中的水汽与尘埃。美国的MEGANE意为日语中的「眼镜」，通过测量宇宙射线作用产生的伽马射线和中子，推断表层几十厘米内的元素组成，尤其关注氢的分布。

此外，探测器还携带离子质谱仪和尘埃监测设备，研究周围的带电粒子与尘埃环境。辐射监测器和与日本广播协会合作研制的超高清相机，则兼顾未来载人深空飞行所需的环境数据，以及4K、8K影像记录。

这些仪器各自提供一部分答案，但真正能够检验火卫一起源假说的，仍是最终回到地球的那批样品。遥感可以判断一片区域可能含有什么，实验室分析则能进一步揭示矿物的结构、同位素组成和形成历史。

九、2031年，澳大利亚的一只小罐

完成采样后，MMX将在2030年前后飞掠火卫二，随后离开火星体系。勘探模块与返回模块分离，回路模块独自踏上回家的路。整个任务从出发到返回约需5年，单程飞行距离约为5亿至6亿公里。

计划于2031年7月，返回舱将与回路模块分离，进入地球大气层。返回舱直径约60厘米，配有隔热罩和降落伞，计划降落在澳大利亚伍默拉一带，随后转运至JAXA的专门设施进行样品接收、封装和分析。

国际合作也将延伸到样品返回之后。NASA投入约8700万美元，并将获得不少于15%的样品；欧洲方面则与日本、法国和德国的科研团队合作，为欧洲科学家提供样品研究机会。对行星科学家来说，这类合作不只是分摊任务成本，更重要的是让各国实验室能够围绕同一批样品开展独立分析。

欧洲空间局项目科学家埃利奥特·塞夫顿-纳什（Elliot Sefton-Nash）曾指出，最精密的科学仪器往往太大、太复杂，无法直接送往火卫一。把样品带回地球，才能使用完整的实验室设备，并为未来尚未开发的分析技术留下研究空间。

MMX这次真正迈出的第一步，是让一项此前停留在设计图纸和任务规划中的火星圈采样返回计划，进入了实际飞行阶段。H3完成了行星际注入，探测器开始了约一年的深空巡航。但接下来，还有火星捕获、近距离观测、两次微重力着陆、样品封装和地球再入等一系列考验。

最终带回来的10克，或许足以帮助人类判断火卫一究竟是被火星捕获的小行星，还是一次巨大撞击留下的碎屑；其中也可能藏着来自火星的微小颗粒。但它不能代替杰泽罗的岩芯，更不能直接判定火星是否曾孕育生命。

日本率先送出的，不是一个已经揭晓的答案，而是第一份有望从火星圈返回地球的样品。种子岛的这次点火，让人类向火星提出的问题，终于有了一个即将启程的实物载体。

主要信源：JAXA打上げ时刻プレス／Launch time of MMX aboard H3 F10（2026-10-18）https://global.jaxa.jp/press/2026/10/20261018-1_e.html 与日文稿 https://www.jaxa.jp/press/2026/10/20261018-1_j.html ，及打上げ計画書PDF https://www.jaxa.jp/press/2026/10/files/jaxa20261018-1_01.pdf （时刻依据：日本时间2026-10-20 04:41:03／北京时间03:41:03）；JAXA MMX任务页 mmx.jaxa.jp 与新闻包（发射质量约4480千克等设计口径）；NASA「NASA to Help Unlock Mysteries of Mars’ Moons」（2026-10-15）science.nasa.gov（MEGANE／P-Sampler／约15%样品份额）；SpacePolicyOnline关于NASA对MMX约8700万美元全寿命投入的报道；ESA MMX factsheet（IDEFIX、≥10克样品、返回舱约60厘米）；CNES／DLR IDEFIX公开材料（车体质量约23.5千克）；NASA／JPL毅力号样品管盘点（如PIA26643，2025-07：约27份岩芯、2份表土、大气样品与见证管；三岔Three Forks 10管备用库，2023初）；NASA MSR独立审查与Nelson表态（2023审查约80–110亿美元／2040返回不可接受，2024-04新闻稿）；NASA FY2025将MSR压缩至方案研究、Reuters等关于FY2026预算请求拟终止MSR（2025-05）、国会2026年拨款未支持原有架构的报道；Nature论文「Redox-driven mineral and organic associations in Jezero Crater, Mars」（2025，s41586-025-09413-0）与NASA关于Cheyava Falls／Sapphire Canyon潜在生物特征新闻稿；CNSA／新华社天问三号公开规划及 https://www.china-in-space.com 整理；JAXA H3试验机1号机失败报告（2023-03）与H3八号机失败プレス（2025-12-22）；JAXA隼鸟2号龙宫样品约5.4克、NASA OSIRIS-REx贝努样品约121.6克官方公布。延伸阅读：