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火星衛星探測器

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火星衛星探測器(MMX)
日本火星衛星探測器(MMX)藝術想像圖，它攜帶一台美國宇航局儀器，研究火星的衛星福玻斯和得摩斯。
任務類型採樣返回
運營方日本宇宙航空研究開發機構
網站mmx.isas.jaxa.jp
任務時長5 年(計劃)
航天器屬性
製造方日本宇宙航空研究開發機構 [1]
乾質量推進艙: 1800千克
探測艙: 150千克
返回艙: 1050 千克[2]
任務開始
發射日期2024年9月(計劃)[3]
運載火箭H3運載火箭
發射場種子島吉信發射場
承包方三菱重工業有限公司
福玻斯著陸器
着陸日期2025年8月 [3]
返回發射2028年8月 [3]
樣本質量≥10克(0.35磅)[4]

火星衛星探測器(Martian Moons Exploration)，英文簡稱「MMX」為日本一艘計劃於2024年發射，並從火星最大的衛星火衛一上取回第一批樣本的自動太空探測器[3][5]。該探測器由日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)開發，並於2015年6月9日宣佈，它將登陸火衛一「福波斯」一到兩次採集樣本，同時飛越觀測火衛二「得摩斯」並監測火星氣候[6][7]。

該任務旨在提供關鍵信息，以確定火星的這二顆衛星是被捕獲的小行星，還是一顆較大天體撞擊火星的結果。日本宇宙航空研究開發機構網站上的一篇文章稱，該機構和日本政府相關部門正式批准了火星衛星探測項目，並將於2020年2月19日開始開發[8]。若成功，則將為人類首次有探測器登陸火星衛星。

概述

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火星最大的衛星-火衛一「福玻斯」

該探測器將進入環火星的軌道，然後轉移到火衛一[9]，在該衛星上着陸一到兩次，並使用簡單的氣動系統[10]收集沙粒狀的表土顆粒。着陸器任務的目標是採集至少10克(0.35盎司)的樣品[4][11] 。然後，探測器將從火衛一起飛，在2029年7月將樣品返回艙送回地球之前[9][3]，它將數次飛越另一顆較小的衛星-火衛二「得摩斯」。

該任務架構使用三個模塊：推進艙(1800千克)、探測艙(150千克)和返回艙(1050千克)[2]。由於火衛一和火衛二的質量太小，無法捕獲衛星，因此不可能以通常方式環繞它們，但有一種稱之為准衛星的特殊軌道，可足以讓探測器穩定地在這二顆衛星附近運行數月[2][12][13]。

川口安弘(Yasuhiro Kawakatsu)為該任務負責人[14]。

國際合作

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美國宇航局、 歐洲空間局和法國國家太空研究中心[15]都參與了項目的合作，並將提供科學探測設備[16][17]。美國將提供一台名為「梅根」(MEGANE)的中子和伽馬射線光譜儀("梅根"一詞是」用中子和伽馬射線探測火星衛星」的英文首字母縮寫，在日語中也是「眼鏡」的意思)[9][18]；而法國國家太空研究中心則提供一台近紅外光譜儀(NIRS4/MacrOmega)[11][19]。另外，法國還將提供飛行動力學方面的專業知識來規劃飛行軌道和着陸操作[10]

目前關鍵部件(包括採樣器)的開發和測試正在進行中[20]，截至2020年，火星衛星探測器計劃於2024年9月發射，並在五年後返回地球。

探測設備

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包括日本和國際捐贈的科學探測設備[21]

  • 地形學伸縮天底成像儀(TENGOO)-由日本立教大學負責開發，是一個伸縮(窄角)相機，用於觀察火星衛星表面的詳細地形。它可以捕獲約40厘米特殊解像度的表面圖像，並獲得與採集樣品對應的不同材料分佈信息及採樣地點的勘測。
  • 彩色成像儀組成的光輻射計(OROCHI)-日本立教大學負責開發，是一架用於觀察火衛表面地形和物質組成的廣角相機，可對從衛星表面反射的多波長可見光進行成像，以識別含水物質和有機物。
  • 激光雷達(LIDAR)-日本千葉理工學院開發，用於觀察衛星表面形狀，通過測量反射激光返回探測器的時間，獲得表面高度和反照率分佈。
  • 礦物質、水、冰和活性度宏觀觀測台(MacrOmega)-法國空間天體物理研究所開發，是一台研究礦物特徵的近紅外觀測設備。該儀器將使用光譜儀測量4微米波長的近紅外輻射，這些測量信息將被用來確定整個衛星上與水有關的物質和有機物的分佈，並將幫助選擇取樣地點。
  • 中子和伽馬射線光譜儀(MEGANE)-與美國宇航局合作開發，通過測量從衛星發射的中子和伽馬射線能量，探測火衛一的元素組成，以了解火星衛星如何形成。
  • 火星周圍塵埃檢測器(CMDM)-日本千葉理工學院行星探索研究中心開發，用於分析火星衛星周圍的塵埃環境。它通過測量10納米或更大的塵埃豐度，確定天體碰撞產生塵埃的頻率和衛星上塵埃重組的現象。  
  • 質譜分析儀(MSA)-日本大阪大學負責開發，將分析火星衛星周圍的離子環境，探測衛星內部是否存在冰、表面風化作用以及火星大氣的耗散量。

日本宇宙航空研究開發機構將與日本廣播協會(NHK)合作開發「超高清視覺攝像機」，該攝像機結合了4K和8K兩種解像度，這將是首次對火星進行8K解像度成像。這些圖像將與飛行數據一起定期傳回地球，以便重現環圍繞火星及其衛星的MMX探測。原始圖像數據將存儲在火星衛星探測器返回艙的記錄設備中，並作為採樣返回任務的一部分帶回地球[22]。

此外，還提出了重力梯度儀(GGM)、激光誘導擊穿光譜儀(LIBS)、任務(樣本/數據)保存艙(MSM)等附加設備[23]。

法國(CNES)航天局研究決定，法國國家空間研究中心和德國航空航天中心(DLR)將提供一輛小型探測車搭載在該探測器上。該探測車將配備照相機、輻射計和拉曼光譜儀，用於火星衛星的實地表面探測[24]。

取樣

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該任務的採樣器配備了兩種取樣方法：取芯採樣器(C-SMP)以獲取深度超過2厘米的火衛一風化層；氣動採樣器(P-SMP)直接從火衛一表面取樣。機械臂將通過發射氣動採樣裝置從地面收集風化層。取芯採樣裝置設計用於快速地下採樣，以收集10克以上的風化層，它配備了一種使用特殊形狀記憶合金(SCSMA)製造的彈出執行器[25]；安裝在着陸腿腳墊附近的氣動採樣器使用氣槍噴出加壓氣體，將約10克的土壤推入樣品容器[26]。取芯採樣器和氣動採樣器都可快速採集樣本，因為整個取樣過程都必須在2.5小時內完成。

從着陸點起飛後，裝備的機械臂將取芯採樣罐和氣動採樣罐轉移至樣本返回艙。隨後，飛船將從火衛一起飛，在將樣本返回艙於2029年7月送回地球前，將對火星另一較小的衛星「得摩斯」作數次飛越[9][3]。

另請參閱

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擬議的火星衛星探索計劃

參考文獻

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  1. ^ https://spaceflightnow.com/2020/02/20/phobos-sample-return-mission-enters-development-for-2024-launch/ （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 20 February 2020
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 從火衛一採樣返回的日本火星雙衛星探測任務 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Hirdy Miyamoto, 日本東京大學. 2016年.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 MMX Homepage （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. JAXA, 2017
  4. ^ 4.0 4.1 Gravity both too strong and too weak: landing on the Martian moons. JAXA News. 31 August 2017
  5. ^ 日本宇宙航空研究开发机构计划取回火星卫星的样本. 2015年6月10日 [2021年2月9日]. （原始內容存檔於2019年4月24日） –透過日本時報在線. 
  6. ^ 环火星轨道运行的火星卫星探测器计划观测火星流星 (PowerPoint). 2016年6月10日 [2017-03-23]. （原始內容存檔於2017-03-23）. 
  7. ^ 巨大撞击：解开火星卫星的形成之谜. ScienceDaily. July 4, 2016 [2017-03-23]. （原始內容存檔於2021-02-15）. 
  8. ^ https://spaceflightnow.com/2020/02/20/phobos-sample-return-mission-enters-development-for-2024-launch/ （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - 2020年2月21日
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 美國宇航局證實對日本主持的火星任務提供捐助 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.史蒂芬·克拉克, 《現在開始太空飛行》. 2017年11月20日.
  10. ^ 10.0 10.1 如何在衛星上找到最好的樣本：在法國建立關係和解決工程挑戰 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.《日本宇宙航空研究開發機構新聞》,2017年12月4日.
  11. ^ 11.0 11.1 藤元, 松島正樹. 日本宇宙航空研究开发机构对火星两颗卫星的探测，并从火卫一取回样本 (PDF). 月球與行星研究所. 2017年1月11日 [2017-03-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-01-18）. 
  12. ^ 圍繞火衛一和火衛二運轉的准衛星軌道 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. (PDF) Sofya Spiridonova, Kai Wickhusen, Ralph Kahle, and Jürgen Oberst. DLR, 德國太空運營中心. 2017年.
  13. ^ 基於平均相對軌道元的准衛星軌道的軌線保持. Nicola Baresi, Lamberto Dell'Elce, Josué Cardoso dos Santos, and Yasuhiro Kawakatsu. IAC, 2018年德國不萊梅國際航天大會.
  14. ^ [1][失效連結]. 深空任務設計實驗室(DSMDL)，宇宙科學研究所(ISAS)/JAXA, 2017年
  15. ^ 法国国家太空研究中心与日本宇宙航空研究开发机构在巴黎举行法日太空合作会议 (PDF) (新聞稿). CNES. 2017年2月10日 [March 23, 2017]. （原始內容存檔 (PDF)於2021年2月15日） （法語）. 
  16. ^ 航空航天科学学会新闻 2017.1 No.430 (PDF). 宇宙科學研究所. 2017年1月22日 [2016-03-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-02-15） （日語）. 
  17. ^ Green, James. 行星科学部状况报告 (PDF). 月球與行星研究所. 2016年6月7日 [2017-03-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2016-06-28）. 
  18. ^ 返回紅色星球 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Johns Hopkins APL. 2017年11月17日.
  19. ^ 通过火星卫星探测器上搭载的NIRS4/MACROMEGA对火星卫星进行近红外高光谱成像研究 (PDF). 月球與行星研究所. 2017年3月23日 [2017-03-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-03-23）. 
  20. ^ 宇宙科学研究所新闻 2016.7 No.424 (PDF). 宇宙科學研究所. 22 July 2016 [2017-03-23]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-02-13） （日語）. 
  21. ^ 火星卫星探测设备. 日本宇宙航空研究開發機構. [2021-02-09]. （原始內容存檔於2021-02-15）. 
  22. ^ 火星卫星探测器上的8K摄像机将拍摄火星的超高清图像. 日本宇宙航空研究開發機構. [2021-02-09]. （原始內容存檔於2020-11-26）. 
  23. ^ Ozaki, Masanobu; Shiraishi, Hiroaki; Fujimoto, Masaki. 火星卫星探査计划(MMX)的科学探测设备. 宇宙航空研究開發機構. 2017年1月5日 [2017-07-12]. （原始內容存檔於2018-07-11） （日語）. 
  24. ^ DLR. 德国航空航天中心新闻门户网. 德國航空航天中心門戶網. [2019-08-16]. （原始內容存檔於2019-06-19） （英語）. 
  25. ^ Hiroki Kato, Yasutaka Satou, Kent Yoshikawa, Masatsugu Otsuki, and Hirotaka Sawada, (2020), S用於小行星限時探測的地下採樣機械人，IEEE/RSJ智能機械人與系統國際會議論文集, 拉斯維加斯, 2020年10月. (待發表)
  26. ^ 為意外做準備：第二種衛星取樣方法 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Yasutaka Satou, 《日本宇宙航空研究開發機構新聞》. 2017年10月25日.

外部連結

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