美國宇航局的老化軌道器可能無法支援未來的探索

航天局在工作中並沒有找到一個替代者來接替他們重要的傳輸通訊的角色

老化的火星勘測軌道飛行器空間站是環繞這顆紅色星球執行的最具資料收集能力的航天器。

行星科學家們呼籲美國趕快發射下一顆火星軌道器(簡稱為 NeMO)。研究人員表示，目前環繞這顆紅色星球飛行的宇宙飛船正在老化，而且沒有替代品，這將危及未來依靠人造衛星與地球對話的火星著陸器、漫遊者，甚至可能的人類任務。“我們正處於火星探索的轉折點,”行星協會空間政策主任凱西 · 德雷爾說。“美國宇航局宣稱自己在進行‘火星之旅’，但它甚至不能投資於最基本的基礎設施，以確保目標向前推進。”

在許多人看來，NeMO 最緊迫的任務是接過 NASA 老牌航天器的指揮棒---- 2001火星奧德賽號空間站和火星勘測軌道飛行器空間站，後者自2006年3月開始執行任務---- 這些航天器面臨著老年時期過期的風險。如果它們消失了，在未來幾年裡，地球將對所有派往火星的任務保持沉默。即使他們堅持下去，他們的技術也已經過時了。例如，NeMO 可以提供地球與火星之間的寬頻鐳射通訊——這是一個很大的優勢，可以處理來自火星的預計通訊流量。

如果配備了雷達，NeMO 也可以作為一個水巫軌道器。它可以掃描火星，繪製出水冰的地下口袋，甚至可以協助標記出宇航員安全可靠的著陸區域，在那裡他們可以利用水來滿足氧氣的需要，以及調製火箭燃料。一些科學家還呼籲 NeMO 搭載新的太陽能電力離子推進器和先進的太陽能電池陣列。有了這樣的能力，火星軌道器就可以完成額外的任務了，比如幫助將珍貴的樣品從火星送回地球，或者漫步在火星的兩顆衛星---- 火星的衛星星球上，對其進行研究。

對於美國國家航空航天局來說，NeMO 如何融入火星探索的宏偉計劃，以及代價是什麼，這些都是不確定的。事實上，2018財年航天局的預算要求為所有民用空間提供191億美元。它包括未來火星任務的資金，但沒有點名叫 NeMO。當被問及這種情況時，NASA 總部行星科學部主任吉姆 · 格林只是說，“我們正在繼續研究我們的選擇，為我們的漫遊車和火星著陸裝置提供遠端通訊支援。”

新火星軌道器的行星際價格是多少？這要看情況。低端版本將使航天器侷限於中繼通訊。如果它還能進行科學觀察，如果它在工廠裡安裝了新技術來執行更大的任務清單，事情就會增加資金投入。從 NASA 預算中撥給 NeMO 的任何資金都必須與其他願望清單上的專案相權衡，比如前往木星的衛星歐羅巴尋找生命的任務，更不用說人類探索月球或火星了。

Critical Functions

關鍵功能

NeMO 有三個關鍵功能，斯坦福大學航空航天部的 Scott Hubbard 說。他是美國宇航局的第一個“火星沙皇”，這個頭銜是他在2000年由於連續的火星任務失敗而重組航天局的火星議程時贏得的。首先，他說，它必須替換年前在火星上投入使用的老化的通訊基礎設施。否則，“所有未來的資料和勘探計劃都將面臨重大風險。”其次，高解析度成像儀取代 MRO 的高解析度成像科學實驗(HiRISE) ，對於未來科學和人類探索著陸選擇安全和有吸引力的著陸點至關重要。

哈伯德說，最後，還有一項 NeMO 任務也應該包括在內，那就是返回紅色星球的土壤樣本，這些土壤樣本可以被所謂的火星2020探測器收集起來，並在三年後發射升空。他說，工程上的解決方案可能是讓 NeMO 利用太陽能電力推進器掉頭返回地球，拖著一整個獨立的航天器從火星運送貨物，或者它可以攜帶一個特殊目的的進入飛行器，在火星表面覆蓋上風化層和岩石，然後在家裡下車。其他人建議，返回火星樣本將需要一個完全獨立的航天器，或一系列的航天器，這是一項耗資約20億美元的“旗艦任務”。“那是胡說八道,”哈伯德說。他總結說，如果要求設定得當，科學界和美國宇航局中心努力抑制他們的胃口，火星樣品返回可以負擔得起。

然而，由於所有這些可能的特性和功能，一些專家說 NeMO 也有可能成為一個“聖誕樹”航天器。也就是說，這項任務可以說因為太多的裝飾物和跛足的肢體而變得沉重，但同時吸收了越來越多的發展資金。

Concept Studies

概念研究

已經在NeMO專案上取得了一些進展。早在2016年4月，該機構就向美國工業界徵求關於2020年代可能發射的新火星軌道器的想法。美國宇航局希望該航天器能夠提供先進的通訊和成像技術，以及機器人科學探索，以支援美國宇航局在21世紀30年代的某個時候將宇航員送到紅色行星或其衛星附近的計劃。

2016年晚些時候，美國國家航空航天局挑選了5家美國航空航天公司為未來的火星軌道探測器太空望遠鏡進行概念研究。這些合同獲得者包括波音公司、洛克希德馬丁太空系統、諾斯洛普·格魯門航空航天系統公司、軌道 ATK 公司和SPACEX公司，他們用了四個月的時間來評估火星電信和全球高解析度成像的需求，以及評估可能增加的科學儀器、光通訊和太陽能電力推進的使用。但是美國宇航局還沒有授予合同來實際推進這些概念中的任何一個。洛克希德 · 馬丁公司深空探索主管 Guy Beutelschies 說: “我認為人們已經達成了廣泛的共識，認為我們需要一些東西。”。“但是如何將其納入 NASA 的預算，如何為其提供資金，如何進行真正的採購，目前還不清楚。”

然而航天局的時間已經不多了。一個任務最快能準備好的時間可能是2022年，目標日期的決定需要很快做出。“如果他們想做一個火星2022軌道飛行器... ，這將需要大約四年左右，特別是如果他們想注入大量的新技術,”他說。地球和火星的軌道每兩年對齊一次，為向火星發射航天器提供了兩年一次的機會。“令人擔心的是，如果他們今年沒有什麼計劃，那麼他們可能不得不錯過2024年的機會,”博特爾斯基斯指出。

Shallow Ice

淺冰

亞利桑那大學行星影象研究實驗室主任 Alfred McEwen 說，如果美國宇航局對人類探索火星是認真的，那麼來自 NeMO 的科學測量是必不可少的，他同時也是 MRO 的 HiRISE 的學術帶頭人。他認為，NeMO 可以在低緯度地區尋找像淺冰這樣的資源，並且可以研究火星宇航員是否應該避免汙染諸如復發斜坡線等地區。這些狹窄的深色條紋沿著陡峭的火星斜坡延伸，可能是鹹鹹的滷水留下的水跡，也可能是火星生命的家園。

向火星投擲人類意味著穿過一系列的問題，反過來，這意味著更多的偵察，Rick Davis 說，他是美國國家航空和宇宙航行局美國國家航空暨太空總署科學任務理事會空間站科學和探索部門的助理主任。他解釋說，為 NeMO 配備強大的合成孔徑雷達探測器將使它能夠發現深處的冰層，並幫助計劃開發這些資源，供未來的火星人員使用。戴維斯說: “我們不知道水在哪裡，是在礦脈中還是在田地裡。”。“目前存在巨大的知識鴻溝，你需要比我們迄今所擁有的更多解決方案。”

Troubling Path of Decline

衰落之路令人擔憂

沒有關於 NeMO 的計劃只是威脅 NASA 派遣人類到火星的願望的眾多問題之一。航空航天安全諮詢委員會(ASAP)是一個向 NASA 和國會報告的委員會，該委員會在其2016年的年度報告中指出，航天局的載人火星計劃處於黃色狀態，這意味著該委員會不相信 NASA 能夠充分解決重要的問題或關切。安全小組建議該機構設立一個火星任務方案辦公室和(或)指定一個”火星沙皇”，以便利所需的研究，並確保有限的資金用於適當的技術挑戰。“美國宇航局在定義火星之旅方面取得了一些進展，但專家組認為，目前的計劃缺乏實質性的風險減少、技術成熟和先進的系統開發，以實現既定目標,”ASAP 報告解釋說。此外，該組織表示，建立一個火星計劃辦公室可以促進這些努力。

德雷爾表示: “我們基本上依賴於過去10年的投資。”。本月早些時候，公共太空倡導組織釋出了一份對 NASA 火星計劃的評論，強調“火星探索的未來並非一帆風順”此外，太空倡導組織聲稱，太空總署為紅色星球開展的機器人專案正處於“令人不安的衰退之路... ... 必須立即做出決定，以阻止它”德雷爾是這份題為《火星逆行: 恢復美國宇航局火星探索計劃的途徑》的報告的合著者。檔案建議美國宇航局應該立即致力於火星通訊和高解析度成像軌道器，以取代目前在軌的快速老化的裝置。“你可能會認為造一個新的軌道飛行器很容易,”德雷爾說，“但到目前為止，美國宇航局還不能或不願意承諾在21世紀20年代早期發射一個。”

總而言之，德雷爾說，在他看來，關於火星和航天局的重大發現是清楚的: 美國宇航局在本世紀頭十年建立了一個非凡的火星探索計劃。2010年投資水平下降到只有一個火星計劃中的任務: 火星2020漫遊者。他指出，這個帶輪機器人是用指令碼來取回樣本的，這些樣本將由一個尚未制定藍圖或甚至尚未獲得批准的任務送回地球。“儘管其科學儀器產生的資料將超過以往的任何表面任務，(火星2020漫遊者)將依賴於一個將近20年曆史的軌道中繼網路來返回這些寶貴的資料,”德雷爾說。至於 NeMO，正如德雷爾所看到的，“我們可以解決這個問題，但是我們現在就需要開始這個任務。否則我們只能孤注一擲。”