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天問三號
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天問三號是中國國家航天局組織的中國行星探測工程的一項計劃中的火星採樣返回任務，計劃於2028年前後發射探測器着陸火星[7][4]，並在採集至少500克火星樣品後，於2031年前後返回地球[8][5][6]。
 | 此條目或章節包含計劃中或可能在未來進行的航天活動。 |  |
天問三號任務目前正處於研製階段。如果按計劃完成，天問三號將成為世界上首個成功的火星採樣返回任務[2]，早於美國與歐洲合作的回收計劃。
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任務籌劃
2016年1月11日，中國的首個自主火星探測任務正式立項[9]。同年，中國政府發布了《2016中國的航天》白皮書，其中「未來五年的主要任務」中包括了「火星採樣返回的方案深化論證和關鍵技術攻關」。[10]
2018年4月24日，國家航天局探月與航天工程中心副主任裴照宇表示中國計劃在2030年前實施四次重大行星際任務，包括火星繞落巡探測任務（後來的天問一號）、小行星採樣返回和主帶衛星繞飛探測任務（天問二號）、火星採樣返回任務和木星系統探測任務（天問四號）[11]。
2018年6月，在聯合國外空司的演講中，火星採樣返回任務被暫時命名為「火星二號」，緊接「火星一號」任務。[1]
2019年12月，火星採樣返回任務的架構首次公開。探測器分為軌道器和返回器組合體（「軌返」）和着陸器和上升器組合體（「着上」）兩個太空船，於2028年11月分別使用長征五號運載火箭和長征三號乙運載火箭從文昌和西昌發射，各自進行地火轉移飛行。軌返於2029年8月完成火星煞車捕獲，在環火軌道等待。着上於2029年10月再入、下降及着陸（EDL）火星，於2029年10月至2030年7月間在火面完成樣本採集、轉移及封裝。上升器於2030年7月起飛，在環火軌道與軌返完成交會和樣本捕獲轉移。軌返於2030年11月開始火地轉移飛行，最終於2031年9月飛掠地球，返回器與軌道器分離，着陸地球。[12]
2020年4月24日，國家航天局在2020年中國航天日啟動儀式上宣布了行星探測工程的名稱與圖形標識，將中國行星探測任務命名為「天問」[13]。同年12月，中國探月工程的嫦娥五號成功攜帶月壤返回地球，完成了中國首次地外天體採樣返回任務[14]。
2021年，中國首次自主火星探測任務天問一號順利完成火星環繞、着陸與巡視，取得圓滿成功[15]。2021年5月15日，在天問一號着陸巡視器成功着陸火星後的現場採訪中，中國首次火星探測工程總設計師張榮橋透露了中國火星採樣返回任務的名稱為「天問三號」，並表示火星採樣返回任務的關鍵性技術在眼下還不成熟，下一步將將耗時約二至三年開展先期關鍵技術研究。待填補技術空白後，火星採樣返回任務才能進入工程研製階段。[16][17]
2021年6月，天問三號任務正在按程序履行報批手續。[18]
2022年5月，張榮橋再次確認了天問三號將會是火星採樣返回任務。[19]
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2022年6月，天問一號探測器總設計師孫澤洲透露天問三號的任務架構及時間表，預計發射日期為2028年。具體任務流程有兩套方案：[4]
2023年，國家航天局再次確認天問三號發射時間為2028年[20]，
2024年6月，有消息稱天問三號發射時間為2030年前後，不再明確定於2028年。[7]
2024年9月5日，天問三號任務總設計師劉繼忠介紹，天問三號任務計劃在2028年前後實施兩次發射任務[3]。
2024年11月，一篇論文討論了天問三號的候選着陸點。根據任務當前的工程限制（海拔高度低於-3公里，緯度在北緯17°至30°之間，坡度低於8°，岩石豐度低於10%），確定了51個潛在着陸點：亞馬遜平原1個，烏托邦平原12個，克里斯平原或阿拉伯台地38個。[21]
2025年3月11日，國家航天局發布《天問三號火星取樣返回任務國際合作機遇公告》，並再次確認發射日期為2028年前後。此外，先前着上組合體中負責將着陸器和上升器轉移至火星的組件由隸屬於着陸器的巡航級改為獨立的伺服器，增加了科學載荷，成為火星環繞衛星。[22][23][24]
2025年4月24日，在中國航天日活動上，天問三號任務總設計師劉繼忠介紹了天問三號的兩次發射將間隔24天進行，使用飛行器輔助採樣等內容。[25]
2025年5月20日，國家航天局徵集天問三號任務國內載荷研製意向。[26]
2025年6月19日，一篇論文討論了天問三號任務，提出使用表土鏟取、深層鑽探及無人機輔助三種方式採樣，目標樣本質量不小於500克，並將嚴格遵守空間研究委員會（COSPAR）的行星保護政策，保護火星環境不受地球生物污染，防止火星樣品遭受地球物質污染影響科學結論，同時保障地球環境安全。[5][6]
探測器組件
軌道器負責將返回器運送至環火軌道，開展科學探測，並在取得樣本後將其返回至地球。軌道器在到達火星後，將採用高度350km，傾角30°的圓形環火軌道，姿態對日定向。軌道器設計壽命不小於3年。軌道器配置2台國內科學載荷。
返回器負責裝載樣本，將樣本帶回地球表面。
伺服器負責將着陸器和上升器運送至環火軌道，並開展科學探測。伺服器的環火軌道為400×76000km、54°傾角的環火大橢圓軌道，留軌探測約2年，設計壽命不小於5年。伺服器配置2台國內科學載荷。
着陸器負責將上升器等組件由環火軌道運送至火星表面。着陸器配置2台國內科學載荷。
科學載荷
天問三號任務科學目標是：探尋火星潛在的生命痕跡，探研火星地質和內部結構特徵，探查火星大氣循環與逃逸過程，取得類地行星宜居性演化研究的重大發現。[22]
天問三號任務擬配置6台國內科學載荷：[24]
軌道器
- 中紅外超精細成像光譜儀
- 火星全球多色相機
伺服器
- 沉降高能中性原子（ENA）極光探測儀
- 高精度向量磁強計
着陸器
- 超寬帶探測雷達
- 拉曼—熒光光譜儀
2025年3月11日，國家航天局發布《天問三號火星取樣返回任務國際合作機遇公告》，宣布向國際同行開放天問三號探測器20公斤質量資源，包括不超過15公斤的軌道器資源和不超過5公斤的伺服器資源。[27][22]
任務流程
天問三號任務流程包括發射、地火轉移、火星捕獲、大氣煞車、火星停泊、離軌着陸、火面工作、火面上升、交會捕獲、環火等待、火地轉移、再入回收、持續探測等13個階段。[4][2][25]
天問三號軌返組合體計劃於2028年11月使用長征五號運載火箭在中國文昌太空發射場發射，着上組合體計劃於24天後於2028年12月使用長征五號在中國文昌太空發射場發射。
軌返組合體由軌道器負責提供動力，着上組合體由伺服器提供動力，各自進行地火轉移。
火面工作的主要內容是完成採樣、封裝與轉移。採樣將包括表面採樣、深度採樣和飛行器輔助採樣3種形式，其中深度採樣目標深度為2米，飛行器輔助採樣目標距離為至少100米。
交會捕獲的主要內容是將樣本由上升器轉移至返回器。上升器與軌返組合體交會後，將不會對接，而是由後者進行捕獲。樣本轉移將採用快速交會+再次捕獲的主備份方案，整個流程將由探測器全自主完成。
參見
參考文獻
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