精准发射开启为期五年的旅程
日本的火星卫星探测器（MMX）于2026年10月20日日本标准时间04:41:03从种子岛宇宙中心升空，开启一项任务：从火星卫星火卫一采集至少10克样本并带回地球。这些微量样本或有助于解答一个更宏大的问题：火星是如何拥有两颗卫星的？
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日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）在其MMX发射结果公告中确认，H3运载火箭10号机按计划飞行。探测器在升空约71分13秒后分离，进入预定轨道。
MMX预计于2027年8月抵达火星，对火卫一及其伴星火卫二进行研究，并于2031年前后将样本舱送至澳大利亚。若任务成功，这将是人类首次把航天器在火星系统采集的物质带回地球实验室。
圣劳伦斯大学地质学副教授、任务国际科学团队成员安德鲁·贝克在日本南部一座距发射场约35英里的岛上观看了发射。他这样描述火箭照亮夜空的时刻：
当时天很黑，但随后天空亮得仿佛白昼，”贝克回忆道。“你先看到亮光，然后听到声响，接着甚至能闻到气味。那就像一波感官冲击。
此次发射意味着MMX从此前所述的计划于10月启程进入下一阶段。接下来的主要目的地是火星，探测器必须先勘察一处陌生的表面，再尝试采集样本。
日本为何奔赴卫星而非火星
火卫一为日本提供了一个研究火星系统的途径，也让日本能够运用在小行星任务中积累的技术。隼鸟号于2003年发射，带回了来自丝川小行星的样本。隼鸟2号于2014年发射，带回了来自龙宫小行星的样本。两项任务都需要在引力极弱的小天体附近开展作业。
火星带来的是另一种挑战。火星引力更强，着陆并将样本送回太空在技术上难度很大。火卫一体积较小，日本可以在此拓展已有经验，同时研究可能保存着附近行星信息的物质。
JAXA的MMX任务概况称，火卫一被认为随时间推移发生的变化相对较少。其岩石和颗粒可能保留着火星系统形成与演化的线索。
该机构还将这项任务与一个更广泛的科学问题联系起来：水和有机化合物如何在早期太阳系中迁移。有机化合物是含碳的化学物质，其中一些是与生命相关化学过程的组成成分。了解这些物质曾到过哪里，有助于科学家研究行星如何获得适宜生命存在的条件。
关于两颗卫星的两种主要解释
火卫一和火卫二的起源至今没有定论。一种解释认为，它们最初是小行星，后来被火星引力捕获。另一种解释认为，一个大型天体撞击火星，抛出的碎片进入轨道，随后聚集形成卫星。
欧洲航天局的MMX情况说明介绍了科学家对不同起源假说的预期证据。碰撞后由碎片聚集形成的卫星，可能含有记录早期火星状况的物质。被捕获的小行星则会有不同的成分，可揭示水等物质如何在太阳系中迁移。
MMX将结合对两颗卫星的观测，以及对火卫一采集物质的实验室分析。相机可以绘制表面地图，仪器则可研究其化学成分。带回地球的颗粒可供研究人员逐一检查矿物，并以精细得多的方式比较其成分和历史。
火卫二也可作为另一处比较对象。MMX计划从远处观测火卫二，并尝试在一次飞越过程中开展观测，同时将着陆和采样作业集中在火卫一。
样本中会有火星碎片吗？
火卫一可能含有来自自身形成过程以外的物质。火星遭受陨石撞击时，碎片可能被抛入太空；其中一些据信会落到火星卫星表面。因此，火卫一样本中可能含有少量火星碎片。
科学家已经在研究以陨石形式抵达地球的火星岩石。这些岩石经受了从火星喷出、太空旅行以及穿越地球大气层的过程。由MMX的防护样本舱带回的物质可能包含不同种类的火星岩石，从而拓宽可供研究的样本范围。
研究人员需要通过分析来鉴定这些颗粒的来源。采集到的物质是否含有火星碎片、含量有多少，都要等样本舱返回后在实验室中确定。
JAXA将采集目标定为至少10克。虽然这些样本小到可以轻易放在手掌中，却足以支持多种测量。地球上的实验室能够使用不适合搭载上航天器的大型仪器，而且随着分析技术进步，保存下来的样本还可以再次研究。
探测器如何在火卫一附近作业
MMX计划在抵达火星后，花约三年时间研究火星系统。探测器在火卫一附近采用的观测轨道称为准卫星轨道：它沿着一条与火卫一绕火星运行路径相近的轨道飞行，因此能够留在附近，反复开展观测。
JAXA计划测量火卫一的整体形状，并勘察数十处潜在着陆点。精细测量将评估地形、表面化学成分以及物质吸收或反射光线的方式。这些观测将帮助团队选定适合着陆并采集有用样本的地点。
由法国国家空间研究中心（CNES）和德国航空航天中心（DLR）联合研制的伊德菲克斯（Idefix）巡视器，计划在主探测器着陆前探索火卫一表面。其仪器包括相机、辐射计和拉曼光谱仪；拉曼光谱仪通过分析物质如何散射激光来帮助鉴定物质。
火卫一的引力带来了特殊的工程难题。欧洲航天局称，巡视器质量为25千克，但在火卫一上的重量相当于仅15克。质量衡量物体所含物质的多少，重量则衡量引力对物体的作用力。巡视器的质量不变，但受到的向下作用力极小。
在极弱引力下采集颗粒
主探测器的探测模块配备四条着陆腿和两套不同的采样系统。一套是钻芯采样器，设计用于采集地下2厘米深处的物质。另一套利用加压气体将松散的表面物质扬起并收集到容器中。
这两种方法可采集处于不同物理环境中的物质：钻芯采样器能够深入表层以下，而气体系统则收集表面颗粒。MMX的总采样目标仍为至少10克。
作业需要考虑推进剂有限、温度变化以及通信延迟较长等因素。JAXA给出的最长往返通信时间为44分钟。因此，从地球发出的指令及确认执行结果的回复，完成一次往返可能需要近一小时。
控制人员必须围绕这一延迟安排作业，而不能在每个动作发生时都实时操控。MMX在火星这个大得多的行星引力环境中接近一颗小卫星运行时，导航、控制和着陆系统必须协同工作。
由日本主导的国际探测器
MMX由JAXA主导，NASA、CNES、DLR和欧洲航天局参与合作。探测器总质量约为4,200千克（含燃料），由推进模块、探测模块和返回模块组成，各自在旅程中承担不同任务。
推进模块提供飞往火星所需的推力。探测模块搭载着陆设备、采样器和科学仪器。返回模块配备通信设备、太阳能电池板以及用于后续作业的独立推进系统。
欧洲航天局提供了用于深空通信的设备，包括应答机和功率放大器。其Estrack地面站网络也计划用于发送指令和接收探测器测量数据。CNES为任务复杂的轨道和着陆机动规划提供支持，DLR则提供测试设备，包括落塔和模拟极弱引力环境的设备。
JAXA的MMX项目经理川胜康弘负责监督任务作业。他计划于2026年12月11日在东京一场活动上介绍任务面临的技术挑战，为公众提供发射后的任务进展说明。
从太空观测火卫一，并在实验室展开研究
贝克的科学工作主要围绕MEGANE展开。这是一台伽马射线和中子光谱仪，将用于研究火卫一表面的化学元素。不同元素会产生可识别的信号，使研究人员能够在样本抵达地球前了解表面物质的组成。
贝克于2017年在约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室工作期间加入国际团队。他的研究将对航天器测量数据的解读与对岩石和陨石的细致检查联系起来。
圣劳伦斯大学对贝克所担任角色的介绍提到，学生计划协助分析任务数据。作为该校首任J·马克·埃里克森博士地质学教授，贝克解释了学生可以如何参与：
令人兴奋的是，学生将能够参与研究探测器实时传回的数据，”贝克说。“我们将研究火卫一的化学组成，并尝试了解这些信息能告诉我们其表面岩石的哪些情况。随着任务推进，他们将有机会为研究作出贡献。
贝克还预计学生会参与检查带回的物质。这项工作需要专业实验室，也可能在美国其他机构或海外机构开展研究。
从发射到样本回收的关键节点
10月20日成功发射，标志着这项预计持续约五年的任务正式启动。JAXA的总体计划是，探测器在启程约一年后抵达火星，随后开展观测和表面作业，再用约一年时间返航。
主要公开任务节点包括：
- 2026年10月20日：H3运载火箭10号机从种子岛发射MMX，约71分钟后确认探测器分离。
- 2027年8月：预计抵达火星，圣劳伦斯大学的任务介绍如此说明。
- 抵达后：在火卫一附近开展约三年的探测，包括巡视器作业、采样以及对火卫二的观测。
- 2030年：按JAXA任务流程计划离开火星系统。
- 2031年前后：计划将样本舱送回地球，并在澳大利亚回收。
JAXA公开概况称计划于2031年前后返回地球，而欧洲航天局将目标表述为日本2021财年，即2021年4月至2022年3月。目前尚未公布确切的回收日期。
返回舱直径约60厘米，配有隔热罩，以保护内部物品穿越地球大气层时不受损坏。返回舱将在澳大利亚回收，随后运往东京附近相模原市的JAXA宇宙科学研究所。专业人员将在专用实验室中打开返回舱，取出并登记样本，再为科学研究做好准备。
要点
- JAXA确认，MMX搭乘H3运载火箭10号机，于2026年10月20日日本标准时间04:41:03发射升空。
- 任务目标是带回至少10克火卫一物质，计划于2031年前后在澳大利亚回收。
- 科学家将研究火星的卫星究竟由碰撞碎片聚集形成，还是由被捕获的小行星形成。
- 火卫一表面也可能含有撞击事件从火星抛出的碎片。
- 伊德菲克斯巡视器将在主探测器着陆和采样作业前开展表面探索。
- 预计于2027年8月抵达火星，随后开展数年探测。
