历时五年，带回一捧火卫一土壤
日本计划于2026年10月20日从鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射火星卫星探测（MMX）航天器，开启一项从火星卫星火卫一采集10克以上样本并送回地球的任务。预计航天器将于2027年8月抵达火星，并于2031年将样本返回舱送至澳大利亚。
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日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）正尝试完成一项此前从未有任务实现的目标：从火星系统采集样本并带回地球。这些少量沙土和岩石或有助于解答火卫一及其伴星火卫二究竟曾是独立的小行星，还是由一次与火星发生的巨大碰撞所抛出的碎片形成。
美国国家航空航天局（NASA）10月8日发布的任务简报公告将发射日期列为美国东部时间10月19日，对应日本时间10月20日。日本方面的发射报道显示，计划于日本标准时间凌晨4时40分左右搭乘H3火箭升空。
MMX由观测航天器、着陆器、小型探测车和一个旨在经受返回地球大气层考验的返回舱组成。项目于2016年启动，航天器建造费用约为553亿日元。日本将借鉴“隼鸟”和“隼鸟2号”小行星采样任务的经验，同时挑战往返火星的漫长旅程。
JAXA项目经理川胜康弘曾表示，航天器完工只是团队的起跑线。发射后，任务将面临艰巨挑战：抵达火星、选定安全着陆点、在极弱重力环境下采集样本，并将其带回地球。
发射时间表如何安排？
NASA和欧洲航天局（ESA）均将日本时间10月20日列为计划发射日期。JAXA的任务概览给出了更宽泛的目标，即日本2026财年；该财年从2026年4月持续至2027年3月。
早期计划将发射安排在2026年11月或12月；NASA在10月发布的公告和ESA的情况说明书均列出了10月的时间表。MMX于2026年3月31日抵达种子岛，开始发射准备工作。由于H3火箭出现问题，原定于2024年的发射被推迟。
2025年12月，H3火箭再次发生故障，原因追溯至整流罩分离过程中的异常。整流罩是包裹航天器的保护罩。前往火星的高效发射窗口大约每26个月出现一次，因此航天器和火箭能否按时做好准备尤为重要。
主要里程碑横跨五年：
- 2026年10月20日，日本时间：计划从种子岛搭乘H3火箭发射。
- 2027年8月：预计抵达火星，随后观测火卫一和火卫二。
- 不早于2028年12月：NASA列出的最早火卫一样本采集时间。
- 2029年初：计划部署“Idefix”探测车。
- 2030年：计划离开火星。
- 2031年：预计将样本返回舱送至澳大利亚。
航天器着陆和采样的具体日期尚未确定：NASA给出的最早日期是2028年12月，而任务相关报道则将采样时间安排在2029年或2030年。JAXA表示，在火卫一附近停留多久将取决于观测计划。
卫星起源为何重要
火卫一的直径约为20至30公里，轨道高度距火星表面约6000公里。尽管数十年来已有多个航天器探测火星，但火卫一和火卫二都尚未像MMX计划的那样接受持续近距离探测。
科学家正在检验两种主要的形成假说。捕获说认为，这两颗卫星最初是小行星，后来被火星引力捕获。撞击说则认为，一个大型天体撞击了年轻的火星，抛出的碎片随后聚集形成卫星。
岩石会保留其形成地点的线索。岩石中的化学成分及矿物组合，可以揭示它们究竟更像火星物质还是古老的小行星。MMX将结合对两颗卫星的测量结果，以及对火卫一采集样本的实验室分析。
北海道大学教授、MMX项目科学家仓本圭司在9月的一场简报会上解释了他为何认为样本能够区分这两种假说。他用日语说：
这两种过程所产生的化学成分和矿物组合截然不同，因此检验样本就能彻底解答这个问题。
JAXA还希望了解火星系统如何随时间演变。如果两颗卫星由一次碰撞形成，其物质可能保存着年轻火星环境的证据。如果它们是被捕获的小行星，则可能揭示水等物质如何在太阳系中迁移。
火卫一可能保存来自火星的碎片
火卫一还可能蕴藏另一项科学发现：撞击将火星物质炸入太空，这些颗粒后来落在了这颗卫星上。根据对火星大型陨石坑的计算，MMX采集的物质中约有0.1%可能来自火星。
如果采集到10克样本，这一比例相当于约0.01克，也就是10毫克的火星物质。这只是对样本成分的预测；返回舱着陆后，科学家才能确定其实际成分。
东京大学教授、研究火星周边空间环境的关根康子解释说，抵达火卫一的物质可以补充直接在火星采集的样本。探测车采集的是特定地点的岩石，而撞击抛入太空的物质则可能带来火星更广泛区域的线索。
其他国家的样本搜寻计划也在发生变化。据报道，美国政府于2026年1月因成本不断上升，取消了NASA和ESA的火星采样返回计划。中国计划于2028年前后发射“天问三号”，并于2031年前后将火星采集的物质带回地球。
MMX的采样目标地是火卫一。其科学价值在于研究这颗卫星的起源，并有望检验其表层物质中散落的火星颗粒。这两个问题都说明，即便样本很少，也值得带回地球实验室。
由三个部分组成的大型航天器
MMX高约5米，太阳能翼展开后宽约9米，是JAXA最大的航天器之一。ESA的MMX情况说明书显示，其质量约为4200公斤（含燃料）；日本方面的发射报道则给出的质量为4480公斤，并称其中约三分之二是燃料。
航天器由三个舱段组成，各自承担不同任务。推进舱提供发动机和燃料，负责去程飞行。探测舱搭载着陆支腿、科学仪器和采样设备。返回舱则配备将返回舱送回地球所需的设备。
MMX将在各舱段完成任务后分阶段抛弃它们。携带的质量越轻，后续机动所需的燃料就越少。返回舱配有独立推进系统、太阳能电力系统和一副用于与地球通信的大型天线。
三菱电机与JAXA合作开发了这艘航天器，并在其镰仓制作所负责人领导下组建了专门团队。该公司还参与了日本“SLIM”月球着陆器和国际空间站货运飞船的开发。
三菱电机项目负责人上原昭恒指出，三个舱段并行开发，以及在模拟微弱重力环境下测试着陆支腿，是主要工程挑战。在旅程中舱段仍保持连接的阶段，它们既要各自正常工作，也要作为一艘完整航天器协同运行。
在探测车几乎没有重量的地方着陆
火卫一的重力只有地球的约两千分之一。这改变了着陆的难题：航天器必须轻柔触地，以免从表面弹飞。四条着陆支腿经过专门设计，可以吸收冲击并帮助MMX保持稳定。
重25公斤的“Idefix”探测车能直观说明这种差异。ESA表示，它在火卫一上受到的重力，相当于一个15克物体在地球上的重量。它的质量仍然是25公斤，但火卫一微弱的重力对它的拉力要小得多。
法国国家空间研究中心（CNES）与德国航空航天中心（DLR）共同开发了“Idefix”。主航天器着陆前，探测车将先抵达火卫一表面，收集地形和表面物质信息，为着陆准备提供支持。
“Idefix”搭载了相机、辐射计和拉曼光谱仪。相机用于观测地面并辅助导航；辐射计测量热辐射；光谱仪则利用光线识别矿物。DLR提供了包括落塔和微重力条件模拟器在内的测试设备。
着陆前，MMX将在准卫星轨道上观测火卫一。简单来说，航天器沿着火星周围的轨道运行，同时保持在火卫一附近，从而进行重复观测。ESA计划在火卫一附近开展约三年的任务，包括绘制地图、探测车活动和采样。
两种方式采集少量但珍贵的样本
MMX搭载了两套采样系统。一种取芯器将采集约2厘米深处的物质；另一种气动采样器则利用加压气体，将松散的表层物质吹入容器。
JAXA的采样目标是超过10克；ESA称其目标至少为10克。这两套系统能够分别采集近表层以下的物质和表面松散颗粒。
蓝色起源旗下的Honeybee Robotics为NASA提供的设备开发了气动采样器。在微弱重力环境下采样，既要控制航天器与地面的接触，也要控制颗粒进入采样设备的过程。
ESA的MMX项目科学家埃利奥特·塞夫顿-纳什解释了样本返回的优势：一些精度最高的实验室仪器体积过大、灵敏度过高，无法送入太空。在地球上，科学家可以使用航天器无法携带的设备检验这些颗粒。
日本已经证明了这种方法的科学价值。“隼鸟”从小行星“丝川”带回了物质，“隼鸟2号”则于2020年12月将“龙宫”小行星样本送回地球。MMX将这一经验扩展到另一颗行星的卫星，同时还要应对往返火星系统的挑战。
着陆前仪器将测量什么
NASA的MEGANE仪器将通过测量火卫一表面发出的中子和伽马射线能量，分析其元素组成。不同元素会在测量结果中呈现不同特征，帮助科学家识别这颗卫星的物质组成。
NASA的MMX任务页面指出，MEGANE由位于马里兰州的约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室与加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作开发。这些测量结果将有助于把火卫一表面化学成分与其起源问题联系起来。
法国的MIRS红外光谱仪将利用红外光研究表面成分。该设备由巴黎天文台下属的LESIA与另外四家法国实验室及CNES合作开发。相机和激光测距仪也将协助绘制地图并选择着陆区域。
位于德国耶拿的弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所将提供一套微型激光系统。航天器还搭载了用于测量火星周边环境中尘埃、辐射和带电粒子的仪器。
JAXA与日本放送协会（NHK）共同开发了能够拍摄4K和8K分辨率图像的相机。除了科学测量，这些相机还将提供任务周边环境的详细影像。川胜表示，他很期待看到这些相机拍摄的画面。
MMX还将观测火星大气和周边空间环境。JAXA希望追踪大气物质的循环以及逃逸至太空的过程，从而帮助解释火星在漫长时间里如何发生变化。
将返回舱带回地球需要全球团队协作
JAXA牵头实施MMX任务，合作伙伴包括NASA、CNES、DLR和ESA。ESA提供了用于通信的转发器和功率放大器，其Estrack地面网络将发送指令，并接收航天器状态信息和科学数据。
NASA深空网络将提供通信和导航支持。NASA还通过由马歇尔太空飞行中心管理的“发现计划”为美国科学团队成员提供资助。NASA安排于美国东部夏令时间10月15日下午4时举行简报会，介绍其参与任务的情况。
JAXA宇宙科学研究所的MMX项目介绍将通过新的深空地面站改善通信列为任务技术目标之一。其他目标还包括实现火星往返飞行，以及改进天体采样技术。
预计返程将耗时约一年。接近地球时，MMX将释放一个直径约60厘米的样本返回舱。隔热罩将在返回舱进入大气层时提供保护，随后它计划降落在澳大利亚沙漠。
回收后的返回舱将被运往位于东京附近相模原市的JAXA宇宙科学研究所。工作人员将在专门实验室中打开返回舱，取出并编目样本，再提供给科学研究使用。
以往探测火卫一的尝试表明，这一目标极难抵达。苏联“福布斯1号”和“福布斯2号”探测器于1988年发射，但在完成任务前失去联系。俄罗斯的“福布斯-土壤”任务则于2011年未能脱离地球轨道。
MMX旨在完成整个任务链：持续观测、表面探测、采样和返回。如果成功，科学家将获得来自火星系统的实物样本，日本也将积累往返火星的实践经验。
要点
- MMX计划于日本时间2026年10月20日从种子岛搭乘H3火箭发射。
- 预计航天器将于2027年8月抵达火星，并于2031年将样本送回地球。
- JAXA计划使用取芯器和气动采样器从火卫一采集10克以上的样本。
- 主航天器着陆前，“Idefix”探测车将先行探测表面。
- 科学家将检验火星卫星究竟由撞击碎片形成，还是被捕获的小行星。
- 样本中可能含有少量由撞击从火星表面炸出的物质。
- 返回舱将在澳大利亚着陆，随后被运往JAXA位于相模原的实验室。
