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中美火星返回方案差异大，中国时间更短，美国网友却说抄袭他们的

时间 :2023-05-11 17:40:34   来源 : 硬核熊猫说

小伙伴们，没想到美国网友又说中国抄袭美国。

这一次他们说的是中国火星取样。


(资料图片)

4月23日的时候，美国太空新闻（SPACENEWS）发布一条新闻说：中国火星取样可能加入直升飞机，然后文章详细解说了中国火星返回方案的内容，把这架直升飞机说的是一板一眼的。

因为文章讲得挺详细，我就用我三年级的英文水平多看了两眼。

没想到看到评论区时把我给气得半死，有几个网友公然在讽刺中国的方案，其中有一个还甚至说：中国火星直升飞机应该叫 “拷贝1号” 。

当时我就很纳闷，这个直升机方案真的很好吗？中国为啥也要用这个方案？是不是很多人都觉得中国抄袭了美国的方案？

于是我再去其他英文文章上看，发现还是有不少这样的观点，然后我又返回国内去查资料才发现压根就不是这么回事。

中国火星返回方案与美国NASA根本不同，甚至我们的方案还更简洁，成功率可能还更高。再加上中美火星返回的时间特别接近，两家有一种憋着一口气，看看到底谁能先拿回战利品态势。

因此，今天咱们就借此机会，聊聊美国的火星直升机以及中美火星取样大PK。

火星直升机，顾名思义就是能够在火星上使用的直升机，它的确是美国率先提出来以及进行试验的。

2020年，美国将毅力号火星车送上月球，它上面就搭载了一架可以在火星上飞行的直升机，这架直升机就是 “机智号” 。

它在2021年4月份，完成了首次飞行。这也是人类历史上第一次在地外行星的大气层内，实现飞行器的起飞和降落。

为了体现突出这个里程碑时刻，NASA在“机智号”上贴了一块来自莱特兄弟 “飞行者一号” 的蒙皮布，将这次飞行的意义等同莱特兄弟完成人类首次飞行的壮举。

当时机智号首飞确实引起了很大的轰动，国内的媒体也对机智号的飞行进行了大量的报道和表扬。

然而这个有着历史意义的直升机的目的却不是为了取样，它的首要目的而是给火星车探路用的。其次才是带载荷。

因此机智号机身上并没有搭载舱室，而是搭载了一台电脑和两台照相机，它们可以一边拍照，一边为火星车提供更加精确的图像和路线规划。

按照NASA的估算，如果这个试验能够成功，它可以提高火星车三倍的安全性。

然而最终这次的试验并不成功。

在2021年的首次飞行中，“机智号”只是原地上升了3m，维持了30s就回到了地面。

在后续两年的时间里，“机智号”又进行了50次飞行实验，最高速度记录是每秒6.5米，最高高度只有18m，并且这些实验都是不带任何载荷的。

用专家的话来说就是“这只是一项试验，如果想要让火星航空器带上载荷，还有很长的路要走。”

说得直白一点，它就是一个试验品。

其实不只是机智号，目前用直升机在火星上飞行难度都非常高，甚至以人类目前的技术还解决不了这个问题。

火星直升机其实与地球上的直升机并没有什么不同，都是靠机翼转动推动空气产生升力，再带动整个直升机飞行，理论上机翼旋转速度越大，那么升力就越大。

但问题是地球和火星是不一样的。

火星上的空气非常稀薄，大气密度只有地球的1%都不到，直升飞机在火星表面上飞行就相当于在地球的上万米高空飞行，它依靠空气来产生的升力很小。

没有更多升力，就意味着直升机自身体重必须很小，而且还不能带东西。

除此之外，火星上环境非常恶劣，平均气温在零下60度以下，还经常出现大规模沙尘暴、

很容易导致直升机出现损毁。

总的来说：在火星上搞直升飞机性价比非常低，美国的这次试验花费了8500万美元，但是效果极差。

实际上，美国也没有用直升机来参与火星返回方案。

NASA的火星采样返回计划挺复杂的，分为两个阶段，第一个阶段它是发射火星车进行采样，采集好的样品储存起来，等下次再发射一个着陆器和返回器，着陆器负责把样品取回来，返回器负责运送到地球。

第一步在2021年就完成了。

当年2月份，NASA将“毅力号”火星车送上火星表面，“毅力号”火星车上搭载了机械臂和43根钢笔型样品保存管，机械臂采集好的火星土壤样品就保存在样品管中。

这些样品将被分成2份，其中有一部分样品管直接放在“毅力号”火星车上，还有一部分部分样品管则储存在火星表面上，作为备份。

如果毅力号火星车上的样品出现问题，就会重新启动这里的备份样品。

然后就到了第二步取样和返回了。

这一步要等到2026年的地火发射窗口期，届时美国NASA和欧洲宇航局将一起合作把“着陆器”（SRL）和“返回器”（ERO）送上火星，预计将在2028年完成。

其中NASA负责的是着陆器，它的任务就是是在火星上着落并且将样品带回返回器。

此时如果“毅力号”仍在工作的话，SRL将直接与“毅力号”火星车进行对接，取得“毅力号”上保存的火星样品。

如果“毅力号”火星车已经停止工作的话，SRL将释放一个茶几大小的采集机器人，在6个月的时间里，取回储存在火星表面的备用样品。

而返回器（ERO）则由欧洲航天局负责，当返回器到达火星之后，就停留在火星外层轨道上待命，等待接收着陆器。

一切准备就绪后，就开始进入到第三步：着陆器会在火星表面发射一种上升火箭（MAV），将火星样品火星外层轨道中，跟待命的“返回地球轨道器”（ERO）交会对接，并且转移物品。

最后就是返回器带着样品返回地球，预计在2031年左右降落在地球表面。

可以看到，美国的火星取样返回任务，整个流程历时11年，跨度相当大，也非常的复杂，而且火星直升机只是在其中的第一步时进行试验，在后续的任务中，就几乎没有存在感了。

因此连美国自己对于火星直升机也不太信任，中国就更不会用这个性价比低的项目了。

你，并且中国的火星返回方案不但不用这个直升机设想，整个流程也更加简洁，甚至技术更加成熟。

根据国家航天局的消息，我们的火星取样返回任务将在2028年展开。

首先长征五号或者推力更大的长征九号，将“天问三号”火星探测器送到火星。

天问三号由两个航天器组成，分别是： 着陆器—上升器组合体 、 轨道器—返回器组合体 ，它们都将于2028年发射，并且在2029年抵达火星。

其实这两个航天器和嫦娥五号非常类似。

在月球取样中，嫦娥五号是由 着陆器、上升器、轨道器 以及 返回器 四个部分组合而成，其中着陆器带着上升器一起在月球着陆，然后着陆器里的月球车去取样，完成之后由上升器带着月壤和轨道器交接，再由返回器带着月壤返回地球。

火星取样也是如此。

其中，着陆器-上升器组成的航天器负责在火星表面的工作，轨道器—返回器组航天器留在火星轨道上，并且将火星样品带回地球。

只不过因为火星距离地球太远了，所以两个航天器是分成两次发射，这两次发射的时间间隔将会很近，甚至如果长征九号超大推力火箭研制顺利的话，不排除将两次发射合并在一起的可能。

因此与美国的火星计划相比，我们的方案更加直接，美国的计划是在十年的时间里，分三次发射任务，分别完成 取样、收集样品、返回地球 的工作。中国则是两次，甚至有可能是一次。

用一个不太恰当地比喻，美国是把车身、底盘、发动机分三次送到，然后组装起来，而我们则是直接送上去一辆整车。

那我们这样做的好处是什么？

首先是非常直接的一点，我们的样品收集和保存更加简单，更加安全。

我们的火星样品是直接由火星车收集，收集完成之后就直接在火星上发射返回火箭，带着火星样品直达在火星外层轨道上等待的轨道器。

而美国的“毅力号”火星车，在2021年就登陆火星进行样品采集工作，但直到2028年左右，收集样品的“样品返回着落器”（SRL）才会抵达火星。

这中间有长达七年的空档期，而火星上的环境十分恶劣，谁也无法保证“毅力号”到时候还能否正常工作，能否与SRL成功交会对接；火星上保存的备份样品又会不会被沙尘掩埋、被狂风吹走。

所以，在美国的计划中，收集和保存样品这一步，预计就要花费足足6个月的时间来完成，期间还充满了不确定性。

其次，在整个任务的沟通和控制上，我们也更加的流畅。

在美国的计划中，“样品返回着陆器”（SRL）和“返回地球轨道器”（ERO）将分别由NASA和欧洲航天局负责制造。

而本身在深层空间进行交会对接就是火星探测任务中的一个难点，现在进行对接的两个飞行器还是由两家不同的航天局制造的，这无疑是放大了风险，双方任何一方出现意外，都会导致整个任务的失败。

比如说，欧洲航天局原本计划与俄罗斯合作进行 ExoMars 火星探测器项目，由俄罗斯提供质子号火箭作为发射载体。

结果先是因为新冠疫情，导致任务从2020年延期到2022年9月。

接着又因为俄乌冲突，导致欧洲航天局中断了双方的合作，被迫寻找新的运载火箭，这一计划已经进一步推迟到2028年。

所以，从这些方面来看，我们的火星探测计划，要比美国的计划更加可靠，更加周全。

那么，美国难道看不到这些风险所在吗？NASA又为什么要分步进行呢？

原因其实很简单，NASA不是不想，而是做不到。想要一次性将 火星车、返回器、轨道器 送到火星，就需要有大推力的运载火箭。

但是，在阿波罗计划和航天飞机项目之后，NASA已经有几十年的时间没有发射过大推力火箭了。

原本NASA的计划是用SLS火箭来负责火星探测以及载人登月计划，但是SLS火箭不断延期，从2011年立项，一直到2022年11月才实现首次发射。

而且因为SLS火箭等一系列航天项目的不断延期，预算严重超支，NASA只能寻求与欧洲航天局进行合作，将“返回地球轨道器”（ERO）交由欧洲航天局制造，这样可以加快进度，但是也会进一步增加了项目的风险。

同时，即使是地外天体取样返回上，NASA的经验也不如我们。

NASA上一次实现地外天体取样返回，还是阿波罗登月计划中，距离现在差不多50年过去了。而且当时还是人工采样，现在的火星取样返回任务则是完全的无人操控技术，需要攻克的技术难点完全不同。

NASA在这方面并无优势。

反倒是我们，通过2020年的嫦娥五号月球取样返回任务，积累了大量的相关技术和经验，包括机械臂样品采集技术、地外天体无依托发射技术、深空飞行器交会对接技术等等，这些技术都会在火星取样重新展现。

千万别小看这些技术，它们的难度一点都不低。

比如说地外天体无依托发射技术，这种技术的基础，其实来自于东风41等最先进的战略弹道导弹，全世界中美俄三国，掌握了无依托发射技术。

无依托发射技术顾名思义，指的就是不靠发射台进行火箭发射。

火箭在发射时会喷出大量的气体，产生剧烈的震动，这些都会严重干扰火箭发射状态的稳定。

所以，一般的火箭发射，都需要依靠庞大的发射台或者支架，对火箭进行辅助，帮助火箭稳定上升。

而在月球、火星等地外天体上，显然不可能有树立发射台的条件，这个时候就得靠无依托发射，把采集到的样品送到外层轨道上。

这个难度比普通的火箭发射高得非常多，因为地外天体的 重力、空气、温度 等等，都与地球存在巨大的差异，需要针对性重新研发，目前为止只有中国一家做到。

再加上，2021年的“天问一号”火星探测器项目，又进一步补足了火星的 着陆技术、火星车技术 等等关键环节。

为了确保万无一失，中国在发射天问三号前，还会用天问二号进行相关的技术验证，它在其他近地小行星上模拟“天问三号”取样过程，确保技术条件过关才会开始天问三号。

不带问题上天也是我们的老传统了。

如果一切顺利的话，我们将在美国之前，成为世界上首个取得火星样品的国家，真正实现对美国航天的领先，那时无疑是历史性的时刻。

所以，按照我个人的看法，我们的火星返回计划不仅没抄袭美国的，甚至可以说比他们的更加可靠，更加快捷。

不过想要真正实现领先也没有这么简单，别看中美都制定了火星取样计划，就觉得它好像很简单。

实际上，在中美之前，火星一直有一个航天器坟墓的说法。

欧洲航天局的ExoMars火星计划，目标只是发射一辆火星车着陆火星，结果时间就从2018年一路延期到了2028年。

印度雄心勃勃的“火星轨道器二号”项目也是一改再改，时间从2018年一路推迟到2024年，现在更是连一点消息都没有了，估值以后也只能在PPT上看到了。

日本的火星探测计划也是如此，他们直接放弃了难度更高的火星，选择了换道竞争，在难度更低的火星卫星——火卫一和火卫二进行探测和取样。

还有俄罗斯这个航天强国，他们的“萤火一号”火星探测器失败后，已经基本上放弃了火星探测计划。

即使是强如美国，也曾多次失败才达到如今的地步。

这些国家面临的问题，我们都将重新挑战一遍。

其中一个最大的一个难点就是 距离远 。

火星距离地球最近的距离达到5500万公里，最远距离更是超过4亿公里，是月球和地球距离的100倍以上。

在上面进行登陆、取样和无人对接等任务首先就要面对的问题是没有信号。

所以火星登陆的第一步就要搭建深空通信系统，

美国就计划在2023年，发射绕火星轨道的 深空激光通信卫星DSOC ，依靠更加精准、距离更远的激光通信，来构筑地球到火星的通信网络。

中国也是如此。

在嫦娥探月工程中，我们发射了鹊桥号通信中继卫星，构建了地球到月球的通信网络，而火星到地球的距离更加遥远，鹊桥号上使用的技术已经有些不够用了。

因此需要重新搭建一个更强的深空导航系统。

当然，探测火星的难点还有很多，比如说，整个火星探测项目的时间，往往长达数年甚至十几年之久，各个航天器能否在恶劣的宇宙环境中，平稳运行这么漫长的时间？以及如何执行最严格的灭菌和样品保存标准，防止其 泄漏 ，对地球环境产生可能的污染等等。

中国为此特地组建了深空探测战略中心，未来将一个个解决这些问题。

说实话，对于中国航天，我是一点都不担心，他们有长远规划，有技术储备，还有人才数量的优势，完全能够实现对其他国家的超越，直到在外太空走向引领者的位置。

好了，我是熊猫，我们下期见！

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