揭秘日本火星卫星探测任务

2018年10月30日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)无人火星卫星探测(MMX)任务拟携带的科学仪器。MMX任务将聚焦于火星卫星,探测器将对两颗卫星进行近距离遥感探测和原位探测,并从其中一颗卫星上采集样品返回地球。该任务目前处于开发阶段,计划于2024年发射。

任务背景

2015年6月,JAXA宣布计划于2021年发射无人火星探测器,开展火星卫星采样返回探测;2016年开始着手研制工作;2017年4月,与法国航天局签署合作协议,由法国提供科学仪器并提供飞行动力学方面的专业知识来帮助规划任务轨道和着陆操作;2018年10月,与法国航天局和德国航天局发表联合声明,决定由法国和德国联合开发MMX任务所需的巡视器。2017年,JAXA将MMX任务推迟到2024年发射,计划于2029年采样返回地球。

任务目标

MMX任务旨在阐明火星卫星的起源和火星区域的演化过程,包括如下科学和工程目标:

科学目标:

阐明火星卫星的起源和太阳系行星的形成过程。

阐明火星区域(火星、火卫一、火卫二)的演化过程。

工程目标:

开发可在地球和火星之间的往返技术。

开发先进的天体采样技术。

利用新开发的地面站建立最优通信技术。

探测器介绍

1、探测器平台

MMX探测器正在开发中,JAXA尚未公布探测器平台的具体细节,仅可从下图中看出探测器所包含的一些部件和系统。

MMX探测器结构图

探测器的采样技术将借鉴“隼鸟”号小行星探测器的采样技术,利用气动系统采集火星卫星的风化层颗粒,预计获取10克的样品。JAXA和国际合作伙伴目前正在讨论从火卫一或火卫二的某处采集样品,而探测器携带仪器获得的遥感数据将被用来确定到达火卫后的采样地点。

探测器所携带的巡视器可能采取跳跃的方式行进,并将由太阳能提供动力,可以在火卫的表面上运行几个月。该巡视器将详细分析火卫表面风化层和结构,以优化MMX任务的着陆和采样返回操作。

2、科学仪器

MMX任务除了进行采样返回探测之外,探测器还将利用各种科学仪器对火星及其卫星进行遥感探测。拟携带如下仪器:

1.中子和伽马射线光谱仪(MEGANE)

该光谱仪由美国约翰•霍普金斯大学应用物理实验室负责开发,通过测量从火卫发射的中子和伽马射线的能量,探测火卫一的元素组成,以了解火星卫星如何形成。

2.火星周围尘埃检测器(CMDM)

该仪器由日本千叶理工学院行星探索研究中心负责开发,将用于分析火卫周围的尘埃环境。它通过测量10μm或更大的尘埃丰度,确定天体碰撞产生尘埃的频率和火卫上尘埃重组的现象。

3.质谱分析仪(MSA)

该仪器由日本大阪大学负责开发,将分析火卫周围的离子环境,探测火卫内部是否存在冰、火卫表面的风化作用,以及火星大气的耗散量。

4.矿物质、水、冰和活性度的宏观观测台(MacrOmega)

该仪器由法国空间天体物理研究所负责开发,是一种近红外观测设备,旨在研究构成火卫的矿物特征。该仪器将使用光谱仪测量4微米波长的近红外辐射,这些测量信息将被用来确定整个火卫上与水有关的物质和有机物的分布,并将帮助选择采样地点。

5.激光雷达(LIDAR)

该仪器由日本千叶理工学院负责开发,将被用来观察火卫表面的形状,通过测量反射激光返回到探测器的时间,获得表面高度和反照率(太阳辐射的漫反射)的分布。

6.彩色成像仪组成的光辐射计(OROCHI)

该仪器由日本立教大学负责开发,是一个广角相机,用于观察火卫表面的地形和物质组成。它可以对从火卫表面反射的多波长可见光进行成像,以识别含水物质和有机物。

7.地形学伸缩天底成像仪(TENGOO)

该仪器由日本立教大学负责开发,是一个伸缩(窄角)相机,用于观察火卫表面的详细地形。它可以捕获约40厘米特殊分辨率的表面图像,并获得与采集样品对应的不同材料的分布信息,还将用于采样地点勘测。

任务运行

按计划,MMX探测器将于发射一年后抵达火星,进入环火星轨道。探测器在火星轨道实施机动与火星卫星交会,先对火星卫星进行遥感探测,然后在火星卫星表面着陆并采集样品,再携带样品返回地球。

MMX任务运行轨迹示意图

结语

针对火卫一的探测在国际上关注度很高,俄罗斯曾在1988年和2011年向火卫一发射了3个探测器,分别是“福布斯”-1/2和“福布斯-土壤”,希望能够对火卫一进行采样返回探测,但是均未获得成功。如果日本火星卫星探测任务成功实施,日本将成为首个从火星卫星上采集样品并返回的国家,这将帮助科学家详细研究火星卫星的成分组成,以推测火星形成的历史。

但目前日本火星卫星探测任务仍处于研发阶段,诸多细节尚未公布,任务未来进展如何、能否成功实施,还有待后续发展。

(本文来源:星际智汇)