火星往返：NASA的火星毅力漫游者样品管

此动画显示了使用计算机断层扫描（CT）扫描仪在Mars 2020样品管上收集的数据。样品管的工程师使用3D图像更好地了解了管的内部结构。

工程奇迹，流动站的采样管必须足够坚固，才能安全地将“红色星球”的样品以完美的状态带回地球。

美国国家航空航天局（NASA）的“火星2020”恒心漫游者腹部携带的试管注定要将历史上的第一批样本从另一个星球带回地球。未来的科学家将使用这些经过精心挑选的火星岩石和re石（破碎的岩石和灰尘）的代表来寻找火星古代历史中存在的潜在微生物生命的证据，并回答有关火星及其历史的其他关键问题。恒心号将于2021年2月18日登陆火星的Jezero陨石坑。

关于标准实验室试管的尺寸和形状，前往火星的43个样品管必须轻巧且坚固，足以承受往返的需求，并且如此干净，以至于未来的科学家将有信心他们正在分析的是100％火星。

NASA坚持不懈的火星探测器即将驶向“红色星球”的一项重要活动将是收集火星岩石和重石块（破碎的岩石和灰尘）的样本，以供将来返回地球。

“与火星相比，地球充满了覆盖我们星球的生命的证据，”帕萨迪纳加州理工学院的2020年火星项目科学家肯·法利说。“我们需要彻底清除这些痕迹，以便在返还这些最初的样品时可以放心地检测到并区分出任何剩余的证据。”

工程集装箱运送其他国家的样品的实践可以追溯到阿波罗11号。1969年，尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong），迈克尔·柯林斯（Michael Collins）和巴斯·奥尔德林（Buzz Aldrin）带着47.7磅（21.8千克）的月球宁静海样本返回地球时，他们将它们装在两个三密封，公文包大小的铝盒中。但是，阿波罗的石头盒子需要将它们的原始货物从月球表面一直溅到溅落只保持10天左右，然后才被送到月球接收实验室。毅力的采样管必须隔离并保持其内容物的科学价值超过10年。

插图显示了Mars 2020恒心漫游车上所载样品管外部的组件特征。

当NASA最新的漫游车调查Jezero Crater时，任务科学家将确定何时何地钻取样本。这款珍贵的火星货物将被包装在试管中，并采用有史以来最复杂和技术最先进的机制：样品缓存系统。在将样品沉积到火星表面后，美国宇航局与欧洲航天局（欧洲航天局）合作制定的另外两个任务将完成中继，以将其送回地球。

插图显示了Mars 2020恒心漫游车上所载样品管内部的组件特征。

此样品返还活动的第二个任务将派出“取回”漫游车以取回密封的试管，并将其运送到火星上升车内的特殊样品返还容器中。如果火星2020恒心漫游车保持良好的健康状态，可以将其带有样品的试管运送到火星上升飞行器附近，则可以进行扩展任务。然后，火星上升飞行器将把这些试管送入轨道。

最后的任务是将轨道飞行器送往火星与封装的样品会合，将它们捕获在高度安全的密闭容器中，然后将它们运送回地球（最早于2031年）。

2020年5月21日在该机构肯尼迪航天中心拍摄的这张照片中，一个装有39个样品管的托盘安装在NASA的恒心漫游者上，每个样品管都用金色的护套保护。

每个样品管主要由钛制成，重量不到2盎司（57克）。白色的外部涂层可防止太阳加热，因为恒心将试管沉积在火星表面后可能会改变样品的化学成分。外部的激光蚀刻序列号将帮助团队识别试管及其内容物。

每支试管不仅必须在Perseverance的Sample Caching System采样系统的严格公差范围内，而且还必须在未来的任务范围内。

JPL的Sample Tube Cognizant工程师Pavlina Karafillis说：“它们的长度不足6英寸（15.2厘米），但我们仍然可以找到60多种不同的尺寸。”“由于在“火星样品返回”战役中它们将通过所有复杂的机制，因此如果将任何测量值减去人发的粗细，则认为该管不适合飞行。

阿波罗11号指挥官尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）在得克萨斯州休斯敦的载人航天器中心9号楼进行月球表面模拟训练时，与阿波罗登月样品返回容器一起工作。

精密工程只是挑战的一部分。这些管也是极高清洁度标准的产品。NASA的所有行星飞行任务都涉及严格的过程，以防止引入地球上的有机，无机和生物材料。但是，由于这些电子管可以证明生命曾经存在于宇宙中的其他地方，因此2020年火星研究小组需要减少甚至进一步减少它们携带可能使科学过程复杂化的地球人工产物的可能性。基本要求是，在样品缓存系统开始向其填充9立方英寸（147立方厘米）的Jezero Crater（大约一支粉笔的大小）之前，不得在试管中放入任何东西。

JPL的项目负责样品管清洁度的助理项目系统工程师Ian Clark说：“当他们说'没什么'时，他们是认真的。”“一个例子：为了实现任务所追求的科学，我们需要将给定样品中基于地球的有机化合物的总量限制在150纳克以下。对于一组特定的有机化合物（非常能说明生命的有机化合物），我们在样品中的含量限制在15纳克以下。”

毫微克是十亿分之一克。平均指纹可携带约45,000纳克的有机物，约为样品管中允许的总量的300倍。为了满足如此严格的任务规范，团队不得不重写有关清洁的书。

“我们在超净室环境中进行所有组装，这实际上是一个洁净室内的洁净室，” Clark说。“在组装步骤之间，将使用过滤的鼓风清洁样品管，用去离子水冲洗，并用丙酮，异丙醇和其他特殊清洁剂进行超声波清洁。”

从事“火星2020”飞行任务的技术人员从样品管241的表面获取了一个样品，以进行污染测试。这张照片是在美国宇航局喷气推进实验室的洁净室设施中拍摄的，这些装置是在那里开发和组装的。

每次清洁后，团队将对污染物进行测量，并烘烤好管子。到从93个准备飞行的领域中选择了43个样品管时，每个样品管已经生成了250页以上的文档以及3 GB的图像和视频。

毅力号上的试管中，注定有38个注满了火星岩石和巨石。另外五个是“见证管”，里面装有用来捕获分子和颗粒污染物的材料。它们将一次在火星上打开，以见证主要在样品采集点附近的周围环境，对样品采集过程中可能存在的来自宇宙飞船的地球上的杂质或污染物进行分类。

样品管和证人管最终返回并在地球上进行检查，将使地面科学实验室的全部能力得以进行调查，使用太大而又复杂的仪器无法发送到火星。

有关任务的更多信息

恒心号在火星上的任务的主要目标是天体生物学，包括寻找古代微生物生命的迹象。流浪者将表征地球的地质和过去的气候，为人类探索红色星球铺平道路，并且是收集和储存火星岩石和重石块（破碎的岩石和尘土）的第一个任务。

NASA目前正在与ESA（欧洲航天局）合作考虑进行后续飞行任务，这些飞行任务将把航天器送往火星，以从地表收集这些缓存的样本，然后将其返回地球进行深入分析。

火星2020任务是更大计划的一部分，该计划包括飞往月球的任务，这是为人类探索红色星球做准备的一种方式。NASA负责在2024年之前将宇航员送回月球，到2028年，它将通过NASA的Artemis月球探测计划在月球及其周围建立持久的人类存在。

JPL由加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院（Caltech）为NASA管理，建造并管理了恒心漫游车的运营。