从地球出发，飞越数亿公里，在另一颗行星上挖一铲土，再把它完好无损地带回家。

这听起来像科幻电影的情节，却已经被写进中国航天的时间表。

中国科学院上海天文台副研究员张佳骏近日在《人民日报》发表题为《我们为何要去火星》的文章。文中提到，中国计划在2031年前后实现火星样品返回地球，天问三号任务预计在2028年前后发射。

如果一切顺利，那将是人类第一次通过探测任务把火星样品带回地球。此前科学家手中的“火星物质”，只有少量偶然落到地球上的火星陨石。

人类往返火星的三道坎

在张佳骏看来，人类要想在火星上立足，必须先跨过三道坎。

第一道坎，是地球与火星之间的信息交换。第二道坎，是两颗行星之间的物质往返。

第三道坎最难，那就是人类如何在这颗红色星球上活下去。

先说信息。地球和火星之间的距离会随着两颗行星的公转不断变化，最远时可达约4亿公里，无线电信号单程就要飞行二十多分钟。

在这样的距离上，探测器的位置稍有偏差，就可能错过入轨窗口，与火星擦肩而过。

打个比方，这就像在北京投出一个篮球，要让它精准落进远在广州的篮筐，而且篮筐本身还在高速移动。

上海天文台牵头研制的甚长基线干涉测量定轨系统，正是解决这个问题的“神眼”。它能把分布在不同地方的射电望远镜组合起来，像一台口径巨大的虚拟望远镜一样，精确测量飞往火星的航天器轨迹。

这项技术已经在天问一号任务中得到初步验证，为探测器成功“刹车”进入火星轨道立下了功劳。

把火星土壤带回家有多难

再说物质往返，这正是天问三号要攻克的核心难题。

人类已经多次把探测器送上火星，却还从未把火星物质带回地球。张佳骏在文中坦言，采集火星样品并送回地球的能力，人类至今仍未掌握。

2021年5月15日，搭载中国首辆火星车祝融号的着陆器成功降落火星，中国首次在地外行星上实现着陆。

但“去得了”和“回得来”之间，隔着一道巨大的技术鸿沟。

把样品带回来，意味着探测器要在火星表面完成采样、封装，再从火星起飞进入轨道，与等待中的返回器交会对接，最后穿越漫长的星际空间返回地球。

其中，从火星表面起飞是史无前例的挑战。火星引力约为地球的三分之一，但仍远大于月球，上升器需要足够的推力和极其精确的控制。

中国在嫦娥五号和嫦娥六号任务中积累的月球采样返回经验，为这项任务打下了宝贵基础。嫦娥六号更是首次带回了月球背面的样品。

不过，火星任务的难度远超月球。往返时间以年计算，探测器必须在漫长旅途中保持高度自主，一旦出错，地面几乎来不及干预。

放眼全球，美国与欧洲合作的火星采样返回计划近年来因成本攀升而前景不明，这让中国的时间表格外引人注目。

为什么偏偏是火星

第三道坎，是人类的生存问题。

火星表面温度极低，辐射强烈，重力只有地球的约三分之一，大气压力极低，水和氧气也十分有限。

如何利用火星本地资源支撑人类活动，比如从冰中提取水、从大气中制造氧气，仍然是需要深入探索的课题。

既然困难重重，为什么还要去火星？张佳骏给出了一个简单的比较。

水星离太阳太近，金星环境极其恶劣，其他天体又远得多。相比之下，火星拥有稀薄的大气、水冰，以及与地球相近的自转周期和四季变化。

这些特点，让火星成为人类迈向行星际文明的理想“跳板”。

每隔大约26个月，地球和火星会迎来一次相对理想的发射窗口，这也是各国火星任务总是扎堆出发的原因。

一份来自火星的样品，可能告诉我们这颗星球是否曾经孕育过生命，也能帮助科学家还原它从温暖湿润走向寒冷干燥的演化历程。

对于实验室里的科学家来说，亲手分析真实的火星样品，远比依靠遥感数据推测更直接、更精确。

张佳骏说，他的研究方向是宇宙学，他和同事们正在为一个可以实现的梦想而努力，一步一个脚印，让往返火星成为现实。

样品返回地球后，还需要在严格隔离的实验室中接受检测，既防止地球物质污染样品，也防范未知风险，这同样是一项全新的系统工程。

从“绕、着、巡”到“采样返回”，中国的火星探测正在一步步迈向更高的台阶。

再过几年，当那只装着火星尘土的返回舱穿越大气层落回地球，或许人类与这颗红色星球的距离，就真正被缩短了一大步。