هیچ نمونه‌ای که آگاهانه در مریخ جمع‌آوری شده است تا به حال در آزمایشگاهی روی زمین آزمایش نشده است، زیرا بازگشت به خانه مستلزم پرتاب یک کانتینر مهر و موم شده از سطح مریخ، قرار ملاقات مستقل با فضاپیمای در حال گردش دیگر، و حمل آن از طریق فضای بین سیاره‌ای است. چین قصد دارد با Tianwen-3 به هر سه مورد دست یابد و حداقل 500 گرم از مواد مریخی را در حدود سال 2031 بازگرداند.

هیچ فضاپیما تا به حال نمونه جمع آوری شده از مریخ را آگاهانه به آزمایشگاهی روی زمین تحویل نداده است. هدف ماموریت چینی تیان ون-3 تغییر آن با ترکیب چندین عملیاتی است که هیچ ماموریتی به صورت مداری در مریخ انجام نداده است: جمع آوری مواد، آب بندی، پرتاب از سطح، قرار ملاقات با فضاپیمای دیگری در مدار، و بازگرداندن آن به زمین.

چشم انداز سال 2025 نجوم طبیعیبه رهبری دانشمند ارشد Tianwen-3، Hou Zengqian، هدف حداقل 500 گرم بازگشت در حدود سال 2031 را توصیف کرد. اداره ملی فضایی چین برنامه پرتاب در حدود سال 2028 و بازگرداندن نمونه ها در حدود سال 2031 را در یک اعلامیه آژانس در آوریل 2026 تکرار کرد.

این یک برنامه ماموریت است، نه سابقه سخت افزار تکمیل شده. این سند برنامه معماری و علمی مورد نظر را توصیف می کند. ثابت نمی کند که هر موشک، فضاپیما و سیستم مهار آماده پرواز است.

سنگ های مریخ اکنون روی زمین هستند، اما نه با بافت آنها دست نخورده

شهاب سنگ های مریخی بدون کمک به زمین رسیده اند. ترکیب آنها آنها را به عنوان تکه هایی از مریخ شناسایی می کند، اما یک برخورد آنها را قبل از عبور از فضای بین سیاره ای و سقوط در اتمسفر زمین در مکان های غیرقانونی از بین برد. محققان می‌توانند سنگ‌ها را موشکافی کنند، اما معمولاً نمی‌توانند یک شهاب‌سنگ را به رخنمون، لایه اطراف یا محلول نمونه‌گیری در مریخ مرتبط کنند.

آزمایشگاه‌های رباتیک خاک و سنگ‌های مریخ را در خود مریخ مطالعه کرده‌اند. کنجکاوی نمونه های پودری را در ابزارهای داخلی خود گرم کرده است. استقامت مهره های انتخاب شده را سوراخ کرده و آنها را در لوله ها برای بازگشت احتمالی در آینده مهر و موم کرده است. هیچ یک از این لوله ها مریخ را ترک نکرده اند.

بازگرداندن یک نمونه مستند، دامنه کار ممکن را تغییر می دهد. بررسی بازگرداندن نمونه توسط آژانس فضایی اروپا خاطرنشان می‌کند که آزمایشگاه‌های زمینی می‌توانند از ابزارهایی استفاده کنند که برای قرار دادن روی مریخ نورد بسیار عظیم یا پیچیده هستند، نتایج را در تأسیسات مختلف مقایسه کنند و مواد را برای تکنیک‌هایی که هنوز وجود ندارند، ذخیره کنند. زمینه میدانی نمونه چیزی است که به این اندازه‌گیری‌ها اجازه می‌دهد به جای فهرستی از فراوانی‌های شیمیایی، به تاریخ زمین‌شناسی تبدیل شوند.

دو پرتاب Tianwen-3 را به یک ماموریت سطحی و یک ماموریت بازگشت تقسیم کردند

در طرح منتشر شده از دو گروه فضاپیما استفاده شده است. ترکیب مدارگرد-بازگشت به مریخ سفر می کند و در مداری تقریباً دایره ای در حدود 350 کیلومتری بالای سیاره منتظر می ماند. ترکیب Lander-Ascender دارای سکوی فرود، یک وسیله نقلیه صعود به مریخ و یک هلیکوپتر کوچک خواهد بود.

در سطح، یک بازوی رباتیک مواد را در حدود 1.5 متری فرودگر ثابت جمع آوری می کند. یک مته برای رسیدن به دو متر به پایین طراحی شده است، در حالی که هلیکوپتر صخره ها را دور از دسترس بازو می برد. تیم ماموریت این سه روش را برای به دست آوردن مواد سطحی، مواد زیرسطحی و نمونه ها از بیش از یک نقطه نزدیک محل فرود پیشنهاد می کند.

سپس کانتینر در وسیله نقلیه سوار می شود. این موشک باید مریخ را ترک کند و وارد مداری شود که فضاپیمای منتظر بتواند به آن برسد. مدارگرد بازگشتی باید وسیله نقلیه صعود یا بسته نمونه را پیدا کند، به آن نزدیک شود، مواد مهر و موم شده را بگیرد و آن را به سیستمی که به زمین سفر می کند منتقل کند.

هیچ یک از این مراحل نمی تواند جایگزین دیگری شود. فرود موفقیت آمیز بدون صعود موفقیت آمیز نمونه را روی مریخ رها می کند. پرتاب تمیز به مدار اشتباه باعث می شود دو فضاپیمای در حال کار نتوانند به هم برسند.

جلسه باید مستقل باشد

مریخ برای خلبانی در زمان واقعی بسیار دور است. سیگنال‌های رادیویی چند دقیقه طول می‌کشد تا از شکاف عبور کنند، و تاخیر با حرکت سیارات متفاوت است. زمانی که کنترل‌کننده زمینی خطا را در حین نزدیک شدن مشاهده کرد و تصحیح را ارسال کرد، این دو وسیله نقلیه قبلاً در جای دیگری بودند.

بنابراین قرار ملاقات به ناوبری، حسگرها و راهنمایی در داخل هواپیما بستگی دارد. وسایل نقلیه باید موقعیت نسبی خود را ایجاد کنند، به طور ایمن فاصله بین آنها را کاهش دهند، و بدون کنترل مداوم از زمین، دستیابی را تکمیل کنند. توصیف ناسا از معماری پیشنهادی خود، همان نوع ثبت مدار مریخ را یک عملیات خودمختار می‌نامد و نشان می‌دهد که چرا بازگشت نمونه مریخ به‌عنوان یک کمپین به‌جای یک فضاپیمای منفرد و معمولی تلقی می‌شود.

چین تجربه مرتبطی از ماموریت‌های بازگشت نمونه Chang’e در ماه دارد که از وسایل نقلیه میعادگاهی خودکار در مدار ماه استفاده می‌کردند. مریخ همچنان مشکل را تغییر می‌دهد: دورتر است، پرتاب سطحی پس از ورود و فرود جوی انجام می‌شود، و سخت‌افزار باید در طول ماموریتی که بیش از سه سال طول می‌کشد، قوی باقی بماند.

یک ظرف مهر و موم شده از علم و زمین محافظت می کند

مواد برگشتی باید از آلودگی زمین محافظت شوند. یک ترکیب ارگانیک یا میکروب زمینی سرگردان می‌تواند جستجوی شیمی مریخ را مختل کند، به‌ویژه زمانی که سؤال این باشد که آیا سیگنال ضعیف ممکن است منشأ بیولوژیکی داشته باشد یا خیر.

محدودیت در جهت دیگر نیز کار می کند. مواد مریخ نباید قبل از ارزیابی در محیط زمین رها شوند. تیم Tianwen-3 می‌گوید نمونه‌های بازگردانده شده به یک مرکز ویژه با مناطق فوق‌العاده تمیز و مهار زیستی خواهند رفت. ارائه ماموریت 2026 Tianwen-3 را به عنوان یک مأموریت بازگشت محدود به زمین رده پنجم تحت چارچوب حفاظت از سیاره کمیته تحقیقات فضایی شناسایی کرد.

این یک تعادل سخت است. کانتینر باید مواد زمین را حذف کند، از فرار مواد ناشناس مریخ جلوگیری کند، و شواهد شیمیایی و فیزیکی را حفظ کند که این سفر را ارزشمند کرده است.

ارزش 500 گرم بستگی به آنچه ماموریت جمع آوری می کند

حداقل 500 گرم می تواند چندین روش تحلیلی را پشتیبانی کند و مواد را برای مطالعه بعدی باقی بگذارد. با این حال، جرم تنها بخشی از بازگشت علمی است. دانه بندی دقیق لایه سمت راست می تواند آموزنده تر از مقدار بیشتری از گرد و غبار مخلوط با زمینه کمی باشد.

محل فرود باید هم علم و هم مهندسی را برآورده کند. سند مأموریت متقاضیان را به 17 تا 30 درجه عرض شمالی، حداکثر سه کیلومتر بالاتر از سطح مرجع، شیب های هشت درجه یا کمتر و فراوانی سنگ بیش از 10 درصد محدود می کند. چنین زمین‌هایی برای فرود ایمن‌تر هستند، اما این محدودیت‌ها همچنین تعیین می‌کنند که کدام بخش از مریخ برای نمونه‌برداری قابل دسترسی است.

مته دو متری موادی را اضافه می کند که یک سطل سطحی نمی تواند به آن برسد، و هلیکوپتر می تواند انواع محلی را اضافه کند. همچنین یک منطقه فرود را به کاوش در کل سیاره تبدیل نمی کند. ادعاهای مربوط به حیات باستانی، آب و هوا یا تکامل سیاره ای همچنان باید با سنگ های خاص، موقعیت آنها و محدودیت های هر آزمایش مطابقت داشته باشند.

این احتیاط مهم است زیرا اندازه‌گیری‌های مریخ همیشه به خوبی مطابقت ندارند. بلاگ Science شکاف حل نشده بین تشخیص محلی متان کنجکاوی و جستجوهای مداری که چیزی پیدا نکرد را پوشش داد. یک سنگ برگشتی به تنهایی این سوال جوی را حل نمی کند، اما آزمایشگاه های زمینی به جای تکیه بر یک بسته ابزار فشرده، آزمایش مواد حفظ شده را با چندین روش مستقل ممکن می کنند.

تاریخ 2031 به هر حلقه در زنجیره بستگی دارد

اعلامیه 2026 CNSA نشان می دهد که Tianwen-3 همچنان یک برنامه آژانس فعال است، از جمله محموله های بین المللی انتخاب شده. این تاریخ بازگشت را مشخص نمی کند. پنجره های پرتاب مریخ، توسعه فضاپیما، انتخاب محل فرود و آزمایش های صلاحیت می تواند برنامه قبل از پرتاب را تغییر دهد.

اگر این دو پشته در حدود سال 2028 بلند شوند، هنوز باید به مریخ برسند، مدارهای مورد نظر خود را ایجاد کنند، ایمن فرود بیایند، محموله را جمع آوری کنند و بدون به خطر انداختن نمونه، آن را مهر و موم کنند. وسیله نقلیه صعود باید با موفقیت پرتاب شود و وسایل نقلیه در مدار باید قرار ملاقات بگذارند و کانتینر را منتقل کنند. سپس بازگردان باید مریخ را ترک کند، از فضای بین سیاره ای عبور کند و نمونه را برای جابجایی کنترل شده روی زمین تحویل دهد.

شواهد مفید بعدی تصمیم نهایی در مورد محل فرود و نتایج صلاحیت برای تجهیزات بلند کردن، قرار ملاقات و مهار خواهد بود.