NASA最新行星際探索任務(wù)：火星巖石帶回地球

　　據(jù)國外媒體報道，科學(xué)家計(jì)劃派遣行星登陸機(jī)器人探測器從火星上采集土壤樣品返回地球，整個任務(wù)花費(fèi)可能達(dá)到50億至100億美元，這趟火星往返旅程可能不會采用核動力裝置作為主要能源，而電力推進(jìn)系統(tǒng)更加便宜?；鹦俏镔|(zhì)樣本返回計(jì)劃（MSR）如果采用電力推進(jìn)，則需要強(qiáng)大高效的太陽能電池板，目前航天領(lǐng)域的太陽能電池板技術(shù)已經(jīng)較為成熟，這種技術(shù)可以減輕傳統(tǒng)化學(xué)能火箭的搭載負(fù)荷。

火星物質(zhì)樣本返回計(jì)劃將帶回火星土壤和巖石

火星將是美國宇航局未來重點(diǎn)探索的行星

　　在行星際飛行過程中，前往火星的往返任務(wù)在解決動力來源后就變得觸手可及，未來十年或者二十年內(nèi)，科學(xué)家們就可以將火星巖石和土壤樣本帶回地球。根據(jù)的德國航空航天中心的物理學(xué)家沃爾夫?qū)?middot;澤博爾特（Wolfgang Seboldt）介紹：“通過利用可靠的技術(shù)，火星物質(zhì)樣本返回計(jì)劃在2020年以后將會變得更加成熟。”有研究表面，太陽能電池板功能的電力推進(jìn)系統(tǒng)還可能加快火星間的往返進(jìn)程，并最終應(yīng)用于載人火星探索任務(wù)，贏得空間飛行過程中的時間，就意味著我們可以減少宇航員在高能宇宙射線環(huán)境中暴露的時間，降低任務(wù)的危險程度。

　　大多數(shù)空間飛行任務(wù)中使用了較多的化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)，只要能保證化學(xué)能燃料的供應(yīng)，就可以持續(xù)飛行較長的時間。比如阿波羅計(jì)劃中使用的土星五號重型運(yùn)載火箭以及阿波羅宇宙飛船，還有航天飛機(jī)等這些軌道飛行器擺脫地球引力時通過燃燒推進(jìn)劑獲得巨大的推力，在將來一段時間的火星任務(wù)中，我們還將使用類似的化學(xué)能火箭將宇宙飛船送入軌道。

　　一旦宇宙飛船等載荷進(jìn)入軌道之后，我們就可以將主能源模式切換到電力推進(jìn)系統(tǒng)上，在剛開始時離子推進(jìn)器可能工作較為緩慢，但隨著時間的推移，宇宙飛船將從高效太陽能電池板中獲得幾乎無限的電力供應(yīng)，并使飛船以高速飛行。這樣的動力方式可以使火星軌道飛行器進(jìn)行往返火星之旅變得更便宜，至少在速度上也不會遜于傳統(tǒng)的化學(xué)能火箭。

　　計(jì)劃之中的火星往返之旅常規(guī)任務(wù)方案為從地球上發(fā)射兩艘宇宙飛船，一艘是用于火星登陸的飛船，另一艘則是工作在火星軌道上?；鹦堑顷懹钪骘w船負(fù)責(zé)登陸火星，并收集火星土壤和巖石樣本，然后通過傳統(tǒng)的化學(xué)能推進(jìn)器將自身發(fā)射進(jìn)入火星軌道，完成火星往返之旅。

　　火星物質(zhì)樣本返回計(jì)劃（MSR）是一個混合版的常規(guī)行星際探索任務(wù)，其中涉及到電力推進(jìn)系統(tǒng)和先進(jìn)的著陸方案，途徑一條優(yōu)化設(shè)計(jì)的火星與地球空間飛行軌道抵達(dá)這顆紅色的星球。由于采用的推進(jìn)劑較少，負(fù)載較輕，因此可以使用"聯(lián)盟-FG"（Soyuz-Fregat）運(yùn)載火箭等火箭進(jìn)行常規(guī)發(fā)射，并非需要使用阿麗亞娜5 ECA型重型運(yùn)載火箭，在火星與地球之間的空間飛行途中，方案中涉及到使用20千瓦級的太陽能電池板陣列，能量使用要求類似于位于地球同步軌道上的通信衛(wèi)星電力供應(yīng)等級。

　　但是太陽能電力系統(tǒng)存在一定的風(fēng)險，物理學(xué)家沃爾夫?qū)?middot;澤博爾特和他的同事們指出行星際空間飛行途中太陽能電池板存在一定的風(fēng)險未知，該問題的詳細(xì)說明在著名的英國《宇航學(xué)報》（Acta Astronautica）期刊上?；鹦俏镔|(zhì)樣本返回任務(wù)的成本取決于電力推進(jìn)系統(tǒng)，其中也與其他空間探測器的成熟設(shè)計(jì)有關(guān)，重復(fù)性使用相關(guān)部件可以降低任務(wù)研發(fā)成本。當(dāng)然，也有一些空間機(jī)構(gòu)的行星探索任務(wù)工程師們關(guān)注電力推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命，比如太陽能電池板在行星際空間飛行中是否可能受到宇宙射線的損害，對這項(xiàng)問題的研究有助于幫助處于地球軌道上的衛(wèi)星和國際空間站降低宇宙射線對硬件系統(tǒng)的威脅。

　　近年來，太陽能電力推進(jìn)系統(tǒng)變得越來越受關(guān)注，美國航空巨頭波音公司計(jì)劃在更多地球同步軌道上的衛(wèi)星安裝這套系統(tǒng)，以便在地球同步軌道上進(jìn)行必要的軌道提升和軌道維護(hù)，接著將這套動力系統(tǒng)推廣到所有宇宙飛船和衛(wèi)星。歐洲航天局計(jì)劃打造可提供30千瓦的電力推進(jìn)系統(tǒng)，與此同時，軌道衛(wèi)星和國際空間站也參與這項(xiàng)測試計(jì)劃。物理學(xué)家沃爾夫?qū)?middot;澤博爾特認(rèn)為國際空間站可能是個很好的測試平臺，可以在真實(shí)空間環(huán)境中試驗(yàn)更新推力更強(qiáng)的推進(jìn)器系統(tǒng)。此外，我們還將研制面積較大、重量更輕，對太陽光收集能力更強(qiáng)的太陽能電池板陣列。

　　最近在莫斯科舉行的第四屆俄羅斯-德國電力推進(jìn)器及2012年應(yīng)用情況的會議上，科學(xué)家們展示了在火星物質(zhì)樣本返回任務(wù)中使用電力推進(jìn)系統(tǒng)是非常有前景的，如果更樂觀的估計(jì)，將新型太陽能電力系統(tǒng)對火星生命的探索任務(wù)將起來巨大的幫助，推動火星載人空間任務(wù)或者更遙遠(yuǎn)的行星際探索任務(wù)的執(zhí)行。