前赴后继的新太空任务

MMX计划由日本宇宙航空研究开发机构，法国国家空间研究中心，德国航天中心和美国宇航局等机构，大学共同参与

MMX计划是日本宇宙航空研究开发机构领导的探索火卫一和Deimos火卫二任务，目的是观测、着陆和携带火星卫星样品返回地球。日本宇宙航空研究开发机构、法国国家空间研究中心和德国航天中心已商定，MMX号上的探测车将通过法国国家空间研究中心和德国航天中心合作开发。

俄罗斯宇航局的Phobos-Grunt任务

其实在说本次MMX计划之前，我们可以回顾一下俄罗斯的火星卫星探测任务，早在2011年，俄罗斯就想要从火星卫星收集样本然后返回地球，这次任务也叫作Phobos-Grunt计划，这次任务是全人类第一次对火星卫星的探测。

俄罗斯宇航局航天器科学载荷图

Phobos-Grunt航天器重近1200公斤，配备了复杂的超过50公斤的国际科学有效载荷，特别是来自法国国家空间研究中心的有效载荷。除了法国的科学载荷，还有土壤分子分析仪，伽马射线，分光计，中子谱仪，质谱仪，热探针，雷达，地震计，ssbauer分析仪，微流星体探测器，尘埃探测器，等离子体分析仪，傅里叶变换红外光谱仪，太阳掩星谱仪，光谱显微镜，还有摄象机等等设备，可以说是硬核科学满满。值得一提的是，我国的萤火1号卫星也在上面。

火卫一图像

火卫一的样品放在了返回舱的容器中，那次俄罗斯的航天器采集了约有200克的样本，但是返回舱在进入大气层变轨时出现问题，俄罗斯宇航局后续调查发现其电子设备上的两块芯片遭遇辐射损坏，之后导致舰载计算机程序崩溃造成失败。卫星碎片最终全部消失在大气层中。这次任务确实太令人惋惜……

火卫一与法国城市对比

如果本次MMX计划成功的话，这将是人类第一次从火星卫星系统中成功回收土壤样本，也是为数不多的从另一个天体取得样本的任务之一，现在包括未来几年取得样本的天体包括月球和三个小行星，其余天体几乎为零。

火卫一表面有一个名为Stickney的陨石坑，大概占火卫一面积三分之一

两颗特殊的卫星，一个特殊的计划

介绍这次任务之前，大家还需要先了解一下这次任务的目的地，火卫一是绕火星运行的两颗卫星中最大的一颗，火卫一比其他卫星更接近它的行星系……由于火卫一绕火星运行的轨道距离太近，再加上卫星天体潮汐减速效应，火卫一的轨道正在逐渐变小，然后火卫一就会越来越接近火星。天文学家推测，再过300至500万年，火卫二就会被摧毁。要么与火星相撞，要么被撕成碎片，散落在火星周围，但是不会形成“火星环”。

火卫一与法国城市对比，另一个视角

Deimos是环绕地球运行的第二颗卫星。火卫二的轨道路径比火卫一远得多，火卫二直径只有12.4公里，是火星两颗卫星中较小的一颗，火卫二有一个非常奇怪的形状，不像其他卫星一样是近似球形的。这两颗卫星都是美国天文学家Asaph Hall发现的，不过Asaph Hall先发现了火卫一，6天后继续寻找火星卫星才发现了火卫二。

火卫二图像

MMX计划航天器将对两个卫星进行近距离遥感和现场观测，提供全高清图像，并将利用法国国家空间研究中心和德国航天中心合作开发的探测车，从其中一个卫星上收集样品带回地球。

MMX航天器渲染图，左下为火卫一，右上为火卫二

MMX计划的细节现在还没有全部公布，但是除了欧洲两个国家在探测车上的合作，我们还知道美国宇航局也承接了航天器上的一个仪器，作为其低成本、高效率发现计划的一部分。接下来到了科学载荷部分，我会为大家详细解释美国宇航局和其他机构的科学载荷。

硬核科学加身，蓄势待发

MMX计划航天器，着陆器科学载荷图

其实除了欧洲的火星卫星探测车之外，还有很多科学载荷，一共有7个：

火星尘埃监测仪CMDM

该仪器将用于检测火星卫星表面和着陆器周围的尘埃环境，通过测量10μm或以上大小的尘埃丰度，确定产生尘埃的天体碰撞频率和火星卫星上的尘埃重归现象。火星尘埃监测仪是在日本千叶理工学院行星探索研究中心的指导下开发的。

“我们的目标是解释理论上已经预测了多年但尚未被确定的火星环流尘埃。虽然我们知道达到目标还有很长的路要走，但我和我的同事们一定要尽最大努力。”千叶理工大学火星尘埃监测仪研究负责人说到。

质谱分析仪MSA

MSA质谱分析仪将为我们解释火星卫星周围的太空离子环境，并将探测火星卫星内部是否存在冰、火星卫星表面的离子效应以及火星大气的消散量。

MacrOmega地质检测

MacrOmega其实是一种近红外NIR观测装置，旨在解释构成火星卫星的矿物特征，其实通俗一点就是解释火星卫星的地质问题。MacrOmega将使用其光谱仪测量高达4μm波段的近红外辐射。

这些信息将用于确定与水有关的物质和有机物在整个火星卫星上的分布情况，这个设备还将有助于帮助航天器选择取样地点。这个科学载荷由一家欧洲合资企业，法国阿斯特洛蒂克斯帕蒂莱公司开发。

激光雷达测距仪LIDAR

LIDAR仪器将用于观察火星卫星表面的形状，其中具体包含地面高度和反照率（分为漫射反射太阳辐射两个）分布情况，LIDAR将通过测量反射激光返回航天器科学载荷的时间来得出。这个科学载荷也由日本千叶理工学院开发。

彩色成像仪组成的光学辐射计OROCHI

说的通俗一点OROCHI是一种特殊的广角相机，用于观察火星卫星表面的地形和物质组成，不过OROCHI不是用来拍照的。OROCHI可以用多种波长从火星卫星表面反射的可见光图像来识别水和物质，还有就是查找表面有机物。

可伸缩地貌成像仪TENGOO

TENGOO仪器是一种望远镜（窄频谱）相机，用于观察火星卫星表面的详细地形。TENGOO能以约40厘米的特殊分辨率捕获火星卫星表面图像，并获得与所采集样品对应的不同材料分布信息。它还将用于对拟议的抽样地点进行侦察。OROCHI和TENGOO都是由日本Rikkyo立教大学开发的。

日本宇宙航空研究开发机构和国际合作伙伴目前正在讨论从哪里抽取样本。航天器仪器获得的遥感数据将用于确定到达火星月球后的取样位置，这与Hayabusa 2确定MASCOT着陆地点的方式相同。

伽马射线和中子谱仪Megane

伽马射线和中子谱仪Megane在日语中意为“眼镜”，将由马里兰州约翰霍普金斯大学应用物理实验室的大卫劳伦斯领导的团队开发。Megane可以通过测量发射的中子和伽马射线的能量，使MMX能够探测到火卫一的元素组成。

MMX轨道计划图片

基本粒子是由于高能宇宙射线和太阳高能粒子不断撞击和穿透火卫二表面自然产生的，Megane就是为了测量这类粒子的活跃表现，已确定火星卫星大气等具体数据。Megane是由美国宇航局的发现计划资助的，该计划为其他国家的太空任务提供资金，计划由美国宇航局的马歇尔航天中心管理。

JAXA MMX计划航天器科学载荷

说到这里，我们对科学载荷有了一定了解。接下来，我们纵观MMX航天器，其实可以分成三个部分，分别是上部勘探模块，中部返回模块和下方的推进模块。未来MMX航天器可能包含两种取样机制：一种是利用钻头在地表以下几厘米处采集岩土样本，另一种是利用特殊的漏斗状的着陆支架，它可以将一些土壤推到样本容器中。

MMX计划航天器返回地球（渲染图）

为什么有两个不同的采样系统呢？原因是因为科学家不太确定火星卫星其表面情况，另外，双采样系统也可以做到备份作用，因为特殊情况实在是太多了。此外，MMX还提出了一项单独的建议，即提前向地面部署一辆法国制造的小型火星车，以侦察潜在的着陆地点。

火星与火卫一（渲染图）

科学家还模拟了未来MMX航天器的采样过程，首先MMX降落在火卫一上，并从地表下2厘米以上采集至少10克的样品。对返回地球的样品的分析将解释火星卫星性质，比如如何形成的，起源等等。针对土卫二Deimos的观测将仅限于飞越成像，但结合这几个科学载荷获取的数据，科学家可以实质性数据确定很多未被确定的理论。

第二个目标侧重于描述火星卫星上的条件和着陆器周围的条件，具体包括火卫一和Deimos的表面化学过程、它们所处轨道的环境性质，以及火星卫星的大气动态。

MMX航天器推进部分

在采集样本后，MMX将升空离开火星轨道，途中变轨并飞越Deimos土卫二卫星，在2029年任务最后的阶段太空船将离开探索舱，返回舱分离，所以一部分会携带样本返回地球。

“执行MMX计划，我们希望了解火星卫星的起源。它们可能是由于天体对火星的巨大撞击而形成的，也可能是捕获到的小行星。”日本宇宙航空研究开发机构空间和航空科学研究所太阳系科学主任Masaki Fujimoto说。

德国航空航天中心与日本宇宙航空研究开发机构和法国空研中心在巴黎航展上签署合作协议

Fujimoto主任说：“像小行星这样的无大气天体暴露在太空中，表面的撞击事件释放了许多尘埃粒子。与星际空间中的小行星不同，尘埃粒子不仅会丢失，还会绕火星运行，甚至有可能返回并撞击火卫二表面，就好像土卫二一样。研究这样的循环效应有助于探索火星轨道情况，也可以为未来殖民火星做准备。”

“正因为如此，研究火星的卫星，确定它们的起源，并了解更多关于火星轨道环境的知识，可以教会我们很多关于太阳系演化的知识。这个计划不仅提供了研究火星卫星的计划，而且还提供了原始物质在太阳系内部早期历史中被运输的循环过程。”千叶大学火星尘埃监测仪的一位研究者解释道。

德国航空航天中心与法国空研中心在巴黎航展上签署合作协议，共同研发MMX火星探测器探测车

计划时间表如下

发射日期：2024年9月

火星抵达：2025年8月

火星启程：2028年8月

回归地球：2029年7月

一旦MMX于2024年9月从地球发射升空，它将飞往火星，于2025年8月左右到达火星。然后，它将花费几个月的时间研究火卫一、火卫二和火星周围的环境。在收集了足够的数据后，整个MMX飞船将降落在火卫一上，并收集至少10克的材料。探测器将于2028年8月离开火卫一和火星轨道，于2029年7月返回地球。

前景与未来火星探索

MMX计划虽然是一次研究火星卫星的计划，但是其实这项计划对于未来人类火星殖民也很有帮助。首先，MMX航天器的科学载荷可以帮助未来的宇航员确定火星轨道环境。其次本次任务了解了火星卫星之后，未来宇航员也可以定居火星的同时定居火星卫星，比如可以在火星建立一个比较大的居住区和工作区，在火星卫星建造一个较小的工作或者采矿区，离得很近的话可以远程输送资源。

我们了解了火星卫星之后对行星学家最大的帮助就是可以了解火星的过去，就好像和地球与月球的关系一样，研究月球有一些理论一定会涉及地球。

就让我们一起期待这次不一样的采样任务吧。