人类最古老问题的答案之争
中国正力争实现此前没有任何国家做到的壮举：将火星实体样本带回地球。计划于2028年分两次发射的天问三号任务，目标是在2031年前带回至少500克火星物质，有望在深空探测领域创造历史，同时解答科学领域最根本的问题之一。该任务总设计师刘继忠在3月举行的中国全国两会期间宣布，项目已在关键技术方面取得突破，并将于今年进入飞行型号研制阶段。这一时间表意味着，中国有望在前往火星并返回的竞逐中抢在其他国际项目之前，其影响远不止于国家声望。
这项任务凝聚了多年的规划成果，也建立在中国此前的火星探测成功之上。2021年，作为天问一号任务的一部分，“祝融号”火星车成功着陆，使中国成为第二个在火星表面运行火星车的国家。该任务发现，火星表层之下的土壤和砾石中混有水冰，这一发现进一步激发了科学界对带回实体样本进行详细实验室分析的兴趣。机器人探测器只能携带小型化仪器，跨越数百万公里前往火星；而带回地球的样本则能让科学家借助地面实验室的全部能力，寻找微观化石、有机化合物和化学特征，以判断我们的邻近行星上是否曾经存在生命。
这项任务的重要性不止于科学好奇心。如果成功，天问三号将首次把可能孕育生命的另一颗行星上的物质带回地球，使中国跻身行星探测领域的领先者之列，并为国际科学合作创造新的机会。刘继忠在向媒体宣布这一消息时，将这项任务称为一项极具挑战性、开创性的重大航天工程。
天问三号任务是一项极具挑战性、创新性和引领性的重大航天工程，预计将实现人类首次火星采样返回，大力推动空间科学、空间技术和空间应用高质量一体化发展。
打造前所未有的任务
以往的火星任务依靠单次发射，而天问三号采用复杂的双发射架构，需要多艘航天器之间进行精确协同。两枚长征五号运载火箭将在2028年末的最佳火星发射窗口升空，分别搭载任务的不同组成部分。一枚火箭将运送由轨道器和地球返回器组成的飞行器，另一枚则搭载配有上升器和服务舱的着陆器。采用双发射方案，是为了应对同时将着陆系统和返回系统送往火星所需的巨大能量，并确保每个部件都携带足够燃料以完成各自任务。
任务流程历时三年多，包含13个不同阶段。经过七至八个月的星际飞行后，着陆器将在北纬17度至30度之间精心选定的地点着陆，在工程限制和科学价值之间取得平衡。为确保进入火星大气层减速时有足够的大气密度，航天器必须降落在低于火星全球平均海拔至少3公里的地点。着陆后，着陆器将运行约一年，通过多种方式采集样本，包括表面取样、深钻，以及借助无人机从数百米外的地点采样。
上升阶段是航天史上最具技术挑战性的环节之一。完成样本采集和密封后，上升器必须以着陆器为发射平台，从火星表面起飞，首次从火星表面进入轨道。在轨道上，上升器必须与等待中的轨道器交会对接，并在返回器启程回地球前转移这批珍贵样本。此前从未有人在火星周围尝试过轨道交会对接。由于通信延迟最长可达20分钟，地面控制无法提供实时指引，因此这一环节需要精准导航。
钻探远古生命的证据
推动天问三号任务的首要科学目标，是搜寻生物标志物，也就是生命曾在火星存在过的物理或化学迹象。以往的任务已发现有机分子和古湖床，但利用地球先进实验室分析样本，是找到微生物生命确凿证据的最佳机会。为最大限度提高发现几率，任务规划人员制定了雄心勃勃的采样策略，其中包括向火星表面以下钻探两米。这是此前任何火星任务都未曾尝试过的深度，也远深于其他项目计划进行的浅层表面采样。
这一深度对于天体生物学研究至关重要。火星没有全球性磁场，大气层也很稀薄，因此其表面持续遭受宇宙辐射轰击，并暴露在强氧化性化学物质之下，有机物会随时间推移遭到破坏。通过钻探穿过这一恶劣的表层，任务希望抵达数十亿年来一直受到辐射屏蔽的沉积物，那里可能保存着有机化合物，甚至是微观化石，来自火星曾有液态水和较浓厚大气层的时代。钻探系统必须在严酷的火星环境中保持样本完整，同时探测并避开基岩等障碍物。
着陆点遴选过程体现了任务对生命探寻的重视。科学家从最初80多个候选地点中确定了86个潜在地点，再将范围缩小至19个重点地点，主要分布在亚马逊平原、乌托邦平原和克律塞平原。这些地区拥有古海岸线、三角洲沉积物、黏土矿物和峡谷系统，均形成于富水环境，可能曾有生命出现并得以保存。团队将在2026年底前选出三个最终候选地点，在科学价值和工程安全之间实现最佳平衡。遴选标准优先考虑含水矿物、能够表明曾有水活动的地点，同时要求坡度低于8度、岩石覆盖率低于10%，以确保安全着陆。
北京向国际伙伴敞开大门
中国国家航天局于2025年3月11日宣布，天问三号任务向国际合作开放，展现出中国对任务技术成熟度的信心。合作征集为国际伙伴研制的科学仪器提供了搭载机会：地球返回轨道器上有15公斤载荷能力，火星轨道器上另有5公斤。此举表明，中国在推动科学成果共享方面迈出重要一步。这项任务有望成为航天史上最重要的任务之一。提案须于2025年6月30日前提交，最终遴选结果计划于同年10月公布。
有意参与的国际团队可以提出搭载载荷方案，申请天问三号航天器提供支持；也可以提出符合任务总体科学目标的独立科学仪器。入选伙伴须在2027年前交付飞行硬件，以便在2028年发射窗口前与航天器完成集成。拟开展的研究应与生命搜寻、火星地质研究或大气过程研究相辅相成，也欢迎能够拓展任务价值的创新方案。这一合作框架将天问三号打造为推进人类共同科学利益的全球平台，而非单纯的国家项目。
该任务首席科学家、中国科学院院士侯增谦近日在《自然·天文学》发表文章，强调了合作方式。他指出，中国在确定任务目标阶段举办了国际会议，并计划在满足行星保护规程后，向全球研究人员开放带回样本的获取权限。侯增谦希望，这项任务能为国际社会提供前所未有的火星研究机会，并吸引欧洲、亚洲及其他航天国家参与，共同见证首次带回火星物质这一历史性时刻。
行星保护与技术保障
带回另一颗行星上的物质可能引发重大的安全问题，任务规划人员必须极其谨慎地加以应对。由国际空间研究委员会制定的行星保护规程要求采取严格措施，既要防止地球生物污染火星，也要防止潜在的火星生命反向污染地球。中国承诺遵守这些国际标准，因为任务的科学可信度取决于能否确保任何生物发现确实源自火星，而非从地球带去的污染物。严格控制污染是任务在各个阶段都必须应对的关键挑战。
为管理这些风险，中国正在合肥郊区、中国科学院合肥物质科学研究院附近建设一座专门的火星样品实验室。该设施将配备超洁净室和生物安全防护区域，对带回的样本进行全面检测、灭菌和生物风险评估，之后才会向更广泛的科学界开放。在严格分析确认样本不含可能威胁地球生态系统的活性生物制剂之前，样本将与地球环境隔离。确认安全后，样本才会分发至全球指定实验室进行详细分析。
工程团队已在任务所需的关键技术方面取得突破，包括火星表面采样与密封、从火星表面起飞、轨道交会对接以及样本转移机制。任务需要研制一套特殊的土壤采样系统，既要采集样本，也要确保将其可靠密封，使样本完好无损地抵达地球。刘继忠指出，火星采样返回是自阿波罗计划以来技术难度最大的太空探测任务，此前从未实现过。其复杂性不仅体现在机械系统上，也涉及生物隔离和监管链程序，必须从火星表面采样、穿越大气层再入直至实验室分析，全程保持样本完整。
全球太空探索格局正在转变
中国正朝着2028年发射目标迈进之际，美国国家航空航天局（NASA）竞争性的火星采样返回计划却面临很大不确定性。2025年初通过的一项众议院拨款法案事实上取消了现有的火星采样返回架构，将1.1亿美元转投未来火星技术研究，而非采样返回任务。尽管参议院已审议要求启动新火星采样返回计划的授权法案，但美国目前尚无明确途径在2030年代之前带回火星样本。这为中国抢先实现这一里程碑创造了机会，也可能使中国获得随之而来的科学和外交优势。
时间表的变化带来的战略影响超越了科学声望。率先带回火星样本的国家将掌握这些珍贵物质面向全球科研界的初步分配权，可能在数十年间影响天体生物学研究的方向。火星样本可能揭示生命是否曾在太阳系的两颗行星上独立出现。这一发现将从根本上改变人类对生物学的理解，并表明生命可能广泛存在于宇宙之中。如果其他项目遭遇延误而中国成功，国际合作和载荷搭载机会可能会更多地转向北京的太空计划。
中国的进展处于深空探测能力不断拓展的大背景之中。2025年发射的天问二号目前正飞往近地小行星卡莫奥阿莱瓦，已行进约7亿公里，计划今年抵达目标并开展采样作业，随后于2027年末前返回地球。展望未来，天问四号计划于2030年前后发射，研究木星系统，并最终进入木卫四轨道。这种从月球到火星，再到太阳系外层区域的稳步推进，展现了中国系统开展深空科学研究的方式，以及其长期投身太空探索的决心。
从原型机迈向火星
随着飞行型号研制启动，原型机将在2026年开始转入正式硬件制造阶段，天问三号团队正从设计研究迈向实体组装。任务的13个阶段包括地球发射、火星转移、进入、下降与着陆、表面采样、上升、火星轨道交会、返回地球和大气层再入等，每个环节都需要在数亿公里的距离上精准执行。从发射到2031年样本返回，整个过程将持续三年多，航天器还将搭载先进的科学载荷，服务于天体生物学研究重点。
为任务选定的仪器体现了其生命搜寻目标。着陆器将搭载火星地下探测雷达，以及拉曼光谱与荧光分析仪，用于探测地下层，并检测有机物和矿物；类似仪器也搭载在美国国家航空航天局的“毅力号”火星车上。轨道器将利用专用磁强计和高能粒子探测器研究大气逃逸过程和磁场，成像系统则将通过中红外和多光谱波段绘制地表成分图。这些工具将支持任务科学团队确定的九大研究主题，涵盖与生命相关的元素、环境条件和地质历史，研究范围从地表特征延伸至内部动力学。
随着研制工作的推进，任务仍欢迎国内外科学家参与这项被项目负责人称为展现中国创造力和国际影响力的任务。无论天问三号能否找到火星古代生命的确凿证据，还是带回样本揭示一个没有生命但地质特征引人入胜的世界，它都将为科学家世代关注的问题带来答案。这项任务代表着人类迈出地球之后的下一步，也践行了这样一种理念：地球虽是人类的摇篮，但人类不可能永远留在摇篮里。
要点
- 天问三号计划于2028年使用长征五号火箭分两次发射，并计划于2031年将样本带回地球
- 任务计划通过表面采样和深入地下2米的钻探，采集至少500克火星土壤和岩石
- 首要科学目标是搜寻生物标志物，以及火星上曾经或目前存在生命的证据
- 任务采用两艘独立航天器，在火星轨道上交会；此前从未完成过这一壮举
- 中国于2025年3月向国际伙伴开放该任务，为外国科学仪器提供总计20公斤的载荷能力
- 工程限制要求着陆点位于北纬17度至30度之间，且低于火星平均海拔至少3公里
- 合肥的一座专用隔离设施将依照严格的行星保护规程处理带回的样本，以防止地球受到污染
- 在火星上升和轨道交会等关键技术研发取得进展后，任务将于2026年进入飞行硬件制造阶段
