這就是斯特茨納團(tuán)隊(duì)的作用所在。他們從零開始，試圖夢想出最好的樣本采集系統(tǒng)。他們的初期構(gòu)想包括一些很大膽、但也不成熟的意圖，例如為火星車配置多條機(jī)械臂，部署不同的科學(xué)儀器。最后，他們的決定是這樣一種系統(tǒng)：火星車把機(jī)械臂伸向一塊巖石，鉆探并提取15克樣本，然后對裝樣本的金屬管進(jìn)行密封，把它存儲在火星車內(nèi)部。這整個(gè)過程都發(fā)生在1小時(shí)內(nèi)，目的是減少樣本暴露在火星大氣和可能的樣本污染中的時(shí)間。

新火星車將搭載足夠的采樣保障物，以充填和密封至少31根金屬管，其中每根長約14厘米，直徑2厘米。為以防萬一，新火星車還會搭載多根備用金屬管。并非所有這些金屬管都將容納火星樣本。其中一些金屬管將充當(dāng)“證人”，它們裝的是鋁篩或陶瓷，目的是捕捉環(huán)境污染物。在前往火星的路途中，其中一根金屬管將不被覆蓋，目的是捕捉在飛船飛行過程中可能蒸發(fā)的物質(zhì)。這根金屬管將在飛船抵達(dá)火星時(shí)被密封。其他金屬管將在到達(dá)火星表面后的不同時(shí)間依次打開，目的是收集在每個(gè)采樣地點(diǎn)空氣中的擾動(dòng)情況。隨后，科學(xué)家將得以運(yùn)用“證人”管子來確定鉆取的樣本是否被污染，以及污染的時(shí)間。

火星樣本返回任務(wù)中，飛船登陸火星步驟（示意圖）

火星2020任務(wù)團(tuán)隊(duì)只是在最近才決定采用證人管的，這一決定是根據(jù)一些學(xué)者的建議，這些學(xué)者未來將可能研究被送回地球的火星樣本?？傊?，一定要盡量確保采集超純凈火星樣本。到了這些金屬管被制造、消毒、烤制和放進(jìn)飛船內(nèi)之時(shí)，它們或許將是地球上最純凈的小環(huán)境。對樣本的無機(jī)、有機(jī)和生物學(xué)要求合在一起，共同使得2020火星取樣任務(wù)如此具有挑戰(zhàn)性，在美國宇航局迄今為止執(zhí)行的太空任務(wù)中如此獨(dú)一無二。

為了盡量不讓地球微生物污染其他行星或衛(wèi)星，其他空間飛船已經(jīng)達(dá)到了很高的潔凈度。早在20世紀(jì)70年代，美國宇航局的“海盜號”火星登陸器搭載的主要儀器就經(jīng)歷過溶劑消毒，還在氦氣中被烤了4天。歐洲空間局的“外火星號”火星車計(jì)劃采取類似的保護(hù)性消毒舉措，并計(jì)劃也在2020年發(fā)射，以搜尋過去火星生命的跡象。中國也計(jì)劃在2020年發(fā)射火星車。

美國宇航局的2020火星取樣任務(wù)不得不超越往常的天體保護(hù)要求，以確保被送回地球的樣本的科學(xué)純潔度。對這些樣本的處置，可能會比對由“阿波羅號”飛船帶回地球的月球樣本的處置還仔細(xì)。

不得不承認(rèn)，沒有辦法確保飛船絕對干凈。實(shí)際上，科學(xué)家正在決定哪種污染程度可以接受。無論是有機(jī)物還是無機(jī)物，其污染都必須被控制在某種程度以下。有科學(xué)家建議，任何樣本污染都不能超過總有機(jī)碳的一億分之四。

鉆頭的鉆齒是由氮化鎢制成的，因此樣本將無可避免地被鎢污染。這意味著未來科學(xué)家不能使用依賴于鎢和鉿的放射性衰減系統(tǒng)來測定火星巖石的年代，而不得不選擇其他方法來為這些巖石測年。

另一個(gè)考慮是，在這些金屬管等待被送回地球期間，它們在火星表面的溫度可能會變高。為此，科學(xué)家正在檢測科學(xué)信息在不同溫度下的丟失情況。他們的結(jié)論是，60℃是可以接受的上限，超過這一限度，一些有機(jī)化合物就開始降解，一些礦物質(zhì)開始分解，還有其他一些改變，研究價(jià)值自然就會打折。因此，工程師們決定用氧化鋁覆蓋這些金屬管，目的是反射陽光，保持金屬管溫度在60℃以下。

美國宇航局尚未最終決定把火星樣本送回地球的任務(wù)，但如果樣本真能返回地球，科學(xué)家就會使用一系列技術(shù)來測試火星生命的可能性。他們將尋找蛋白質(zhì)的前驅(qū)物——氨基酸，還要尋找其他復(fù)雜的有機(jī)化合物。另一些證據(jù)可能將來自于重要分子的同位素比例，在地球上，這些比例能提供生物學(xué)過程的清晰信號?？茖W(xué)家并不認(rèn)同哪一種組合測量能證明火星生命的存在，但通過對火星巖石及其包含物的一系列觀測，科學(xué)家或許能對有無生命或是否曾有過生命，提出一個(gè)令人信服的結(jié)論。

當(dāng)然，這并不是一件容易事。身為2020火星取樣項(xiàng)目主要科學(xué)家之一的法利，是一位地質(zhì)化學(xué)家，他的研究方向是宇宙射線怎樣改變巖石的化學(xué)組成。因此，他擔(dān)憂任何可能存在的火星有機(jī)化合物，都可能因?yàn)樘稍谠诨鹦潜砻娓浇到饬藬?shù)百萬年。為獲得最佳樣本，一種策略是把取樣地點(diǎn)定在火星表面的懸崖底部，在那里，當(dāng)高處巖石墜落并分裂后，新鮮材料會暴露出來。

美國宇航局打算，在1～1.5個(gè)火星年中采集20個(gè)精挑細(xì)選的樣本，并對之做詳細(xì)記錄。這意味著，新火星車必須在許多可能的取樣地點(diǎn)之間行駛，還要從一系列不同的地質(zhì)環(huán)境中分析可能產(chǎn)生最有用信息的環(huán)境是哪一個(gè)。在采集樣本過程中，新火星車可能需要把采樣金屬管存放在多個(gè)采樣點(diǎn)的地面上。

在火星表面的4年半中，“好奇號”火星車僅僅鉆探了15個(gè)洞，行駛了16千米多一點(diǎn)。2020火星取樣任務(wù)不僅要進(jìn)行更多鉆探，而且要讓新火星車跑更多的路，行駛速度也快得多。怎樣做到這一點(diǎn)？也是科學(xué)家快馬加鞭、絞盡腦汁的研究內(nèi)容之一。

在這幅火星樣本返回任務(wù)示意圖中，顯示了飛船登陸火星的6個(gè)設(shè)想步驟。美國宇航局與歐空局合作，計(jì)劃在2020年之后實(shí)施這項(xiàng)任務(wù)。

A 減速傘艙依然與巡航火箭連接。在飛船從地球飛往火星的過程中，巡航火箭為飛船提供電力和機(jī)動(dòng)。

B 在丟棄巡航火箭后，減速傘利用與火星大氣的摩擦力減速。在從火星大氣上層往下墜落過程中，減速傘保護(hù)其內(nèi)部的飛行系統(tǒng)其他部件不受熱損傷。

C 在第三階段，飛船的降落傘讓下降過程進(jìn)一步減速。

D 在與降落傘和減速傘分離后，下降火箭上的制動(dòng)火箭點(diǎn)火，控制降至地面最后階段的速度。

E 下降火箭開始把系在纜繩上的登陸器往下傳遞。下降最后階段的關(guān)鍵步驟時(shí)間點(diǎn)，由有關(guān)飛船高度和速度的雷達(dá)輸入決定。

F 搭載火星車和上升飛船的登陸器登陸火星，連接纜繩被割斷，與登陸器相連的下降火箭飛走。

登陸后，火星車將把之前存儲的火星樣本傳遞至上升飛船。上升飛船搭載著樣本飛離火星表面，與停泊在軌道中的一艘飛船對接，后者將把樣本送回地球。