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近日，中國科學(xué)院院士、天問三號首席科學(xué)家侯增謙與合作者在《自然-天文學(xué)》發(fā)文，首次系統(tǒng)闡述了中國天問三號火星探測任務(wù)的科學(xué)藍(lán)圖。這項(xiàng)計(jì)劃于2028年發(fā)射、2031年實(shí)現(xiàn)樣品返回的探測任務(wù)，有望實(shí)現(xiàn)人類首次從火星帶回樣本的歷史性突破。

侯增謙

目前，該任務(wù)攻關(guān)進(jìn)度如何？將采取哪些手段探尋生命目標(biāo)？將如何應(yīng)對首個(gè)火星取樣任務(wù)中的潛在挑戰(zhàn)？六月末的一天，同時(shí)擔(dān)任國家行星探測工程首席科學(xué)家的侯增謙就此接受了《中國科學(xué)報(bào)》專訪。

天問三號任務(wù)設(shè)計(jì)圖。

邁向“雙輪驅(qū)動”新紀(jì)元

《中國科學(xué)報(bào)》：天問三號任務(wù)將于2028年發(fā)射，此時(shí)在國際科學(xué)期刊上公布其科學(xué)藍(lán)圖有何深意？

侯增謙：這是中國行星探測工程的關(guān)鍵一步。過去，我國深空探測任務(wù)主要由工程驅(qū)動，就像“摟草打兔子”，首先實(shí)現(xiàn)探測能力和工程突破，然后再解決科學(xué)問題。現(xiàn)在，天問三號正處于從過去的工程驅(qū)動向工程和科學(xué)雙輪驅(qū)動的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型時(shí)期。

天問一號成功登陸火星已經(jīng)展現(xiàn)了我們的工程技術(shù)能力。下一步，我們的火星探測想解決什么科學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)什么樣的科學(xué)目標(biāo)，又如何去實(shí)現(xiàn)？我們希望與國際社會分享這些議題，展示中國科學(xué)探索的能力。

《中國科學(xué)報(bào)》：請介紹一下天問三號任務(wù)。

侯增謙：天問三號任務(wù)預(yù)計(jì)于2028年發(fā)射，2031年實(shí)現(xiàn)不少于500克火星樣品返回。探測器發(fā)射后需要飛行七八個(gè)月才到達(dá)火星，在火星工作約一年后返回地球，整個(gè)過程需要3年多時(shí)間。我們希望能在火星樣品取回任務(wù)上搶占先機(jī)，給中國科學(xué)家和國際社會提供一個(gè)前所未有的認(rèn)識火星的重大機(jī)遇。

《中國科學(xué)報(bào)》：天問三號的主要科學(xué)目標(biāo)是什么？

侯增謙：我們確立了3個(gè)主要科學(xué)目標(biāo)：一是尋找火星潛在的生命跡象，包括生命標(biāo)志物、化石、古菌等；二是研究火星的宜居性演化，如火星上水、大氣、海洋的演變；三是了解火星地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其演化歷程，包括從表面構(gòu)造到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演化歷史等。

這3個(gè)主要科學(xué)目標(biāo)相互關(guān)聯(lián)，生命起源需要宜居環(huán)境，生命繁衍與環(huán)境協(xié)同演進(jìn)，宜居性演變和地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。圍繞這3個(gè)目標(biāo)設(shè)有9個(gè)研究主題，涉及生命元素、環(huán)境、地質(zhì)等多個(gè)方面，以增進(jìn)對這顆太陽系內(nèi)類地行星的了解。

《中國科學(xué)報(bào)》：這些目標(biāo)將如何實(shí)現(xiàn)？

侯增謙：我們設(shè)計(jì)了覆蓋三大科學(xué)主題的“全鏈條探測策略”，特別是針對火星潛在生命遺跡，包含四大關(guān)鍵研究模塊——采哪里、選哪些、怎么采、如何用。我們期望通過回答這些問題，破解火星是否曾存在生命的未解之謎。

天問三號任務(wù)示意圖。

“三管齊下”，構(gòu)建取樣“中國方案”

《中國科學(xué)報(bào)》：天問三號將如何取樣？與國際上同類任務(wù)相比有何特色？

侯增謙：工程總體初步設(shè)計(jì)了3種取樣方式：表土鏟取、深層鉆探，以及無人機(jī)輔助抓取，確保樣品的多樣性與科學(xué)價(jià)值。天問三號不會攜帶火星車，我們將使用無人機(jī)在著陸點(diǎn)附近數(shù)百米進(jìn)行遠(yuǎn)距離采樣，同時(shí)最大限度避免探測器著陸帶來的潛在污染。

同時(shí)，通過兩米深鉆取樣在國際上將是首次。此前美國“毅力”號火星車在杰澤羅隕石坑開展沿途鉆孔采樣，取樣深度約5毫米，只能獲取淺表層樣品?！耙懔Α碧杻H負(fù)責(zé)觀測采樣，將樣品返回地球則需要后續(xù)任務(wù)的支撐，而天問三號將一次實(shí)現(xiàn)采樣與返回。

《中國科學(xué)報(bào)》：污染控制有何重要性，將如何應(yīng)對相關(guān)挑戰(zhàn)？

侯增謙：行星保護(hù)是深空探測領(lǐng)域的一個(gè)重大問題，污染防控是必須著力解決的重要問題。無論是前向污染——探測器對火星的污染，還是后向污染——將火星樣品帶回地球時(shí)可能造成的污染，都是必須嚴(yán)格控制的。

中國作為第一個(gè)實(shí)施火星取樣返回的國家，將嚴(yán)格遵循空間研究委員會的行星保護(hù)政策，保護(hù)火星環(huán)境不受地球物質(zhì)污染，防控火星潛在生命對地球生物圈的污染，避免樣品“假陽性”，力求樣品“高保真”，確保獲得真實(shí)、可靠的科學(xué)成果。

天問三號任務(wù)將構(gòu)建從火星表面采集、密封、轉(zhuǎn)運(yùn)直至返回地球后分析的全流程樣品原始性保真鏈條。同時(shí)，我們也將籌建一個(gè)具有高級防護(hù)能力的火星樣品實(shí)驗(yàn)室，設(shè)置超潔凈區(qū)和生物安全區(qū)，對返回樣品進(jìn)行嚴(yán)格消殺、解封、處理和生物風(fēng)險(xiǎn)評估。

《中國科學(xué)報(bào)》：任務(wù)將如何通過著陸區(qū)選址推動科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)？

侯增謙：著陸區(qū)的選址至關(guān)重要，直接關(guān)系到科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。我們已從最初的80多個(gè)預(yù)選著陸區(qū)逐步縮減到目前的19個(gè)，到2026年底將最終確定3個(gè)作為工程發(fā)射的候選著陸區(qū)。

著陸區(qū)選址需要綜合考慮工程約束和科學(xué)因素。受工程約束，著陸區(qū)需要在北緯17度到30度之間選擇。從科學(xué)上來說，著陸區(qū)要選擇最可能有生命繁衍和保存生命痕跡的地方。

《中國科學(xué)報(bào)》：任務(wù)科學(xué)團(tuán)隊(duì)如何尋找一個(gè)理想的著陸區(qū)？

侯增謙：這如同在地球上找礦。我們首先要研究形成一個(gè)大礦需要什么條件、在什么構(gòu)造環(huán)境中發(fā)育、成礦物質(zhì)如何儲運(yùn)與富集、成礦流體如何遷移與匯聚、金屬物質(zhì)如何儲集與沉淀；在此基礎(chǔ)上建立成礦理論與成礦模型，然后按照理論認(rèn)知，采用技術(shù)方法，展開成礦預(yù)測，進(jìn)行“大海撈針”。

在火星上尋找適宜生命存在的著陸區(qū)，同樣需要研究生命誕生、繁衍與保存的條件，建立潛在生命描述模型和預(yù)測模型?；鹦巧且簯B(tài)水、大氣、適宜溫度、磁場、內(nèi)部構(gòu)造等多圈層、多要素耦合的結(jié)果，理想著陸點(diǎn)應(yīng)滿足宜居性和適宜生命發(fā)展的內(nèi)在要求。

天問三號任務(wù)剖面。

全鏈條開放筑太空“絲路”

《中國科學(xué)報(bào)》：國際同行對這篇文章有何看法？

侯增謙：國際評審專家認(rèn)為，這篇前瞻性文章非常引人入勝，系統(tǒng)闡述了中國火星樣本返回任務(wù)的總體規(guī)劃和科學(xué)目標(biāo)，為國際科學(xué)界理解天問三號任務(wù)規(guī)劃提供了極具價(jià)值的全景視角。

《中國科學(xué)報(bào)》：天問三號在國際合作方面有哪些舉措？

侯增謙：中國在天問三號任務(wù)上秉持全流程、全鏈條的開放合作態(tài)度。從科學(xué)目標(biāo)的凝練、載荷研究與搭載，再到返回樣品的聯(lián)合研究，我們都全面對外開放。我們希望通過行星探測工程搭建全球科學(xué)家合作研究的平臺，推動全人類共同的科學(xué)探索事業(yè)的發(fā)展。

比如，在科學(xué)目標(biāo)制定方面，我們曾在安徽合肥舉辦國際會議，邀請國際專家參與論證。在載荷搭載方面，我們發(fā)布了國際公告，征集其他國家搭載載荷。樣品返回后，在確保安全的前提下，我們也會向國際科學(xué)家開放。

《中國科學(xué)報(bào)》：目前，任務(wù)攻關(guān)處于什么進(jìn)度？

侯增謙：天問三號任務(wù)分幾個(gè)不同的工程系統(tǒng)，多數(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已基本完成，部分攻關(guān)仍在進(jìn)行。探測器等系統(tǒng)研制分為試樣、初樣和正樣，目前試樣已經(jīng)開始研制?？茖W(xué)任務(wù)團(tuán)隊(duì)正在利用各種火星觀測數(shù)據(jù)，開展示范性和試驗(yàn)性研究，緊鑼密鼓地推進(jìn)著陸區(qū)選址工作。同時(shí)，為確保實(shí)現(xiàn)首要科學(xué)目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)正在加緊進(jìn)行以火星生命探尋為核心的全鏈條研究。

《中國科學(xué)報(bào)》：擔(dān)任天問三號首席科學(xué)家以來，你的工作節(jié)奏有變化嗎？

侯增謙：任務(wù)更繁重了，節(jié)奏肯定比過去更快了，凌晨1點(diǎn)前幾乎沒有睡過覺，一天休息五六個(gè)小時(shí)吧。因?yàn)槲壹嫒巍吧畹靥綔y與礦產(chǎn)勘查”國家重大科技專項(xiàng)副總師的工作，同時(shí)還在做一些地球科學(xué)研究工作。