火星样本返回计划，都有哪些技术挑战？( 二 ) 美国航空航天局（NASA）正与欧

在将火星样本带回地球之前，科学家和工程师必须克服多个挑战，其中之一就是：
保护地球免受火星有害物质侵害
让样本保持化学上的原始状态，以便后续能在地球上进行缜密的研究，同时，还须要对样本的储存容器进行高度消毒，确保没有任何有害物质被送到地球：这让火星样本返回计划成为真正意义上前无古人的任务。
【火星样本返回计划，都有哪些技术挑战？】数十亿年前，这颗红色星球可能曾经舒适而惬意，无数生灵在温暖湿润的环境中茁壮成长。然而，根据来自火星轨道器、着陆器和漫游车数十年的数据， NASA带回含有活火星生物样本的可能性几乎为零。相反，科学家们希望能找到化石化的有机物质，或其他古代微生物生命的迹象。
尽管将生物从火星带到地球的风险很低，但出于谨慎考虑， NASA还是采取了重要的措施来确保火星样本在整个旅程中处于可靠的密封状态。涉足整个杰泽罗陨石坑（JezeroCrater）收集岩芯并将它们放入以钛（世界上最坚固的金属之一）为主要原料的样品管后，毅力号会将样品管紧紧密封，防止样本颗粒的意外流失，即使是其中最小的样本颗粒。然后，这些样品管将被储存在火星车的腹部，直到NASA决定好将它们放置于火星表面的时间和位置。
样本返回活动将包括一个ESA样本获取漫游车，它将在20年代晚些时候从地球发射，在火星上重获毅力号收集的这些样本。 NASA位于美国俄亥俄州克利夫兰市的格伦研究中心（GlennResearchCenter）的工程师正在设计样本获取漫游车的轮子。火星车会将样本转移到由喷气推进实验室开发的着陆器上，而着陆器上的机械臂会将样本装入火箭的顶端，火箭则由位于美国阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心（MarshallSpaceFlightCenter）设计。
火箭会将样本舱运送到火星轨道， ESA的轨道飞行器将会等在那里接收这些样本。在轨道飞行器内，由NASA戈达德领导的团队开发的有效载荷会准备好将样本舱送回地球。准备过程包括将样本舱密封在一个干净的容器内，将所有相关的火星物质密封在里面，然后对密封装置进行消毒，并在返回地球之前，使用戈达德开发的机械臂将密封容器放入地球进入舱（Earth-entrycapsule）中。

文章图片
这张概念图展示了未来在火星上，一组探测器通过协同工作，将NASA毅力号漫游车在火星表面收集的样本送回地球。
图片来源：NASA/ESA/喷气推进实验室-加州理工
NASA工程师的主要任务之一，是弄清楚如何能做到在对样本容器进行密封和消毒的同时，又不会消除样品管内岩芯中的重要化学特征。目前，工程师团队正在测试多种技术，其中一种名为硬钎焊（brazing），它涉及将一种金属合金熔化成液体，这一操作基本上会将金属黏合在一起。钎焊可以在足够高的温度下密封样本容器，从而对可能留在接缝中的所有火星尘埃进行消毒。
“我们目前最大的技术挑战之一就是，在距离1000华氏度（538摄氏度）左右的熔化金属只有几英寸的位置，我们必须将这些珍贵的火星样本保持在它们在火星上可能经历的最高温度以下，也就是大约86华氏度（30摄氏度）以下。 ”戈达德系统工程师布伦丹·费汉（BrendanFeehan）说，他参与设计ESA轨道飞行器上用于捕获、容纳并返回样本至地球的系统。 “我们的硬钎焊解决方案测试的初步结果，证实了我们正走在正确的道路上。 ”
通过费汉和他的同事们的精心设计，加热升温将只会在须要硬钎焊的地方进行，限制热量流向样本。此外，工程师可以用一种材料将样本隔绝起来，这种材料会吸收热量然后以非常缓慢的速度释放，或者，他们还可以通过安装导体来来引导热量远离样本。
格拉文表示，无论团队开发出什么样的技术，它都不仅对火星样本来说至关重要，对未来木卫二（Europa）或土卫二（Enceladus）的样本返回任务来说也是如此：“在那里，我们可以收集并返回可能包含外星生物的海洋羽流样本，所以我们须要弄清楚该怎么做。 ”
NASA为消除地球有害污染风险所做的严格努力，可以追溯到1967年的《国际外层空间条约》（EarthdatetotheinternationalOuterSpaceTreaty），该条约呼吁各国防止来自地球的生物体污染其他天体，并防止通过返回其他天体的样本对地球造成污染。为了安全地将火星样本送回地球， NASA不仅与ESA合作，还与至少19个美国政府部门和机构合作，包括美国疾病控制和预防中心（U.S.CentersforDiseaseControlandPrevention）以及美国国土安全部（U.S.DepartmentofHomelandSecurity）。