Китай готовит миссию «Тяньвэнь-3» к Марсу: первые образцы грунта могут вернуться на Землю уже в 2031 году

Китай продвигается к одной из самых сложных задач в современной планетологии — доставке на Землю образцов марсианского грунта и пород. Миссия «Тяньвэнь-3» должна стартовать примерно в 2028 году, а возвращение собранного материала ожидается около 2031 года. План предусматривает использование двух тяжелых ракет-носителей «Чанчжэн-5», которые должны отправить к Марсу два комплекса космических аппаратов.

Если проект будет реализован по намеченному графику, Китай может первым доставить на Землю специально отобранные образцы с поверхности Марса. Предполагается получить не менее 500 граммов материала. Главной научной задачей станет поиск возможных признаков существовавшей или существующей марсианской жизни, однако значение миссии значительно шире: доставленные образцы позволят изучать геологию Марса, историю его воды и атмосферы, изменение условий обитаемости и химический состав пород с точностью, недостижимой для большинства приборов, работающих непосредственно на планете.

Почему возвращение образцов с Марса имеет такое значение

Марсоходы уже много лет исследуют Красную планету непосредственно на ее поверхности. Они фотографируют породы, анализируют их химический состав, бурят грунт и ищут органические соединения. Однако возможности даже самых совершенных бортовых лабораторий ограничены массой, энергопотреблением и количеством приборов, которые можно отправить на другую планету.

Доставка образцов на Землю принципиально меняет ситуацию. Один и тот же материал можно будет изучать одновременно в десятках лабораторий и на значительно более сложной аппаратуре. Причем исследователи смогут возвращаться к сохраненному образцу снова и снова, используя новые методы анализа, которые появятся уже после завершения космической миссии.

Особенно важно то, что исследоваться будут не только химические элементы в породах. Ученые смогут анализировать их структуру на микроскопическом уровне, изучать молекулярный состав и изотопные характеристики. Это дает возможность восстанавливать историю формирования пород, взаимодействия с водой и атмосферой, а также изменения окружающей среды на протяжении геологического времени.

Почему марсианские метеориты не решают эту задачу

Некоторое количество марсианского материала уже находится на Земле: это метеориты, которые были выброшены с Марса в космос после ударов астероидов, а затем случайно достигли Земли. Они позволяют исследовать марсианские породы в земных лабораториях, но имеют существенные ограничения.

Главная проблема заключается в том, что ученые обычно не знают точного места на Марсе, откуда происходил конкретный метеорит. Кроме того, такие образцы пережили удар, выброс с планеты, длительное пребывание в космосе и падение на Землю. Их геологический контекст утрачен.

У специально собранного образца ситуация совершенно иная. Исследователи заранее выбирают район с определенной геологической историей, документируют положение каждого образца и могут связать его состав с конкретными породами и особенностями местности. Именно сочетание лабораторного анализа и известного геологического контекста делает возвращение образцов настолько ценным.

Что представляет собой «Тяньвэнь-3»

«Тяньвэнь-3» проектируется как полноценная экспедиция по доставке марсианского материала на Землю. В состав миссии входят пять основных элементов: посадочный аппарат, взлетный аппарат, служебный модуль, орбитальный аппарат и возвращаемый аппарат.

При этом вся миссия не отправляется к Марсу одной ракетой. Архитектура предусматривает два отдельных запуска тяжелых ракет «Чанчжэн-5». Один запуск должен вывести комплекс с орбитальным и возвращаемым аппаратами, другой — комплекс с посадочным, взлетным и служебным аппаратами. После перелета к Марсу эти элементы должны совместно выполнить операции, необходимые для получения и отправки образцов обратно к Земле.

Такое построение отражает сложность задачи. Необходимо не просто совершить посадку на Марсе, но и выбрать научно ценный участок, собрать материал, герметично его сохранить, вывести контейнер с образцами с поверхности, передать его на орбите Марса другому аппарату, затем выполнить перелет к Земле и безопасно доставить контейнер на поверхность.

Каждый из этих этапов представляет отдельную инженерную задачу. Отказ любого ключевого элемента может сделать невозможным получение конечного результата.

Как будут собирать марсианские образцы

Одной из особенностей проекта является стремление получить материал разного происхождения и с разной глубины. В опубликованных планах рассматривались несколько способов отбора образцов, включая сбор поверхностного грунта, бурение и использование летательного аппарата для получения материала в разных точках района посадки.

Особое внимание уделяется подповерхностным слоям. В актуальных заявлениях руководителя научной части миссии говорится о возможности бурения на глубину до двух метров. Такой подход должен помочь получить материал, который находился в более защищенных условиях, чем непосредственно поверхность Марса.

Поверхность Красной планеты постоянно подвергается воздействию космического излучения, солнечного ультрафиолета, окислительных процессов и других факторов окружающей среды. Поэтому материал, находящийся глубже, потенциально может лучше сохранять исходные характеристики древней марсианской среды.

При этом важно не смешивать задачу поиска биологических следов с утверждением, что жизнь на Марсе уже обнаружена. Даже если в подповерхностных породах найдутся органические соединения или другие интересные структуры, их происхождение придется устанавливать по совокупности признаков. Наличие органических веществ само по себе не является доказательством существования жизни.

Зачем нужен дополнительный способ отбора

Поверхность Марса неоднородна. Даже в пределах одного района разные породы могут иметь совершенно разную историю. Одни могли взаимодействовать с водой, другие — образоваться в вулканических процессах, третьи могли сформироваться в осадочной среде.

Поэтому получение нескольких типов материала увеличивает научную ценность экспедиции. Подземный образец может дать информацию об условиях, которые существовали в прошлом, тогда как поверхностный грунт позволяет исследовать более поздние процессы. Дополнительный способ отбора материала на расстоянии от посадочного аппарата расширяет географическую область, из которой можно получить образцы.

Именно разнообразие материала, а не только его масса, является одним из важнейших параметров будущей коллекции.

Главная цель — поиск следов древней жизни

Научная программа «Тяньвэнь-3» ориентирована прежде всего на поиск потенциальных свидетельств марсианской жизни. Речь идет главным образом о следах древней биологической активности, поскольку условия на современном Марсе значительно отличаются от тех, которые существовали на планете в далеком прошлом.

Марс имеет многочисленные геологические свидетельства того, что в его прошлом существовала жидкая вода. Исследования поверхности показывают следы древних речных систем, озерных бассейнов и минералов, формирование которых связано с взаимодействием с водой. Это делает древний Марс одним из наиболее важных объектов для поиска возможной внеземной биологии в Солнечной системе.

Однако поиск жизни — это не простая задача «найти микроба». Даже если в образце обнаружится необычная органическая молекула, необходимо будет установить, могла ли она возникнуть биологическим путем. Для этого потребуются комплексные исследования структуры пород, химического состава, изотопов и геологического контекста.

Именно здесь преимущество доставки образцов на Землю становится особенно очевидным.

Что можно будет исследовать в земных лабораториях

На Земле марсианский материал можно будет исследовать на микроскопическом, молекулярном и изотопном уровнях. Это позволит одновременно изучать минералы, органические вещества и химические особенности пород.

Большое значение будут иметь не отдельные находки, а их взаимное расположение и сочетание. Например, обнаружение определенной органической молекулы само по себе будет иметь ограниченное значение. Если же она окажется связана с определенным типом минералов и геологической средой, исследователи получат гораздо больше информации о процессах, которые могли происходить на древнем Марсе.

Изотопный анализ также способен дать сведения об истории вещества и окружающей среды. Изучая соотношения изотопов различных элементов, ученые могут восстанавливать условия, при которых формировались минералы, и отслеживать изменения окружающей среды.

Таким образом, одна и та же небольшая порция марсианского материала сможет использоваться для большого количества независимых исследований.

Где приземлится «Тяньвэнь-3»

Место посадки имеет для миссии исключительное значение. Нельзя просто выбрать относительно ровный участок поверхности: район должен одновременно быть безопасным для посадки и представлять высокий научный интерес.

При выборе учитываются геологический возраст территории, история присутствия воды, потенциальная обитаемость древней среды и вероятность сохранения признаков прошлой биологической активности.

По состоянию на сентябрь 2026 года рассматриваются восемь вероятных районов посадки. Окончательный выбор ожидается до конца 2026 года. Для этого продолжается работа по геологическому картированию Марса и оценке различных районов с точки зрения научной ценности и технической реализуемости посадки.

Выбор места будет одним из важнейших решений всей программы. Если район окажется слишком сложным для посадки, возрастет технический риск. Если же выбранный участок будет удобен с инженерной точки зрения, но окажется малоинтересным с геологической точки зрения, научная отдача миссии может оказаться ниже ожидаемой.

Поэтому приоритетом становится поиск компромисса между безопасностью посадки и максимальной научной ценностью будущих образцов.

Самая сложная часть — вернуть груз с Марса

Посадка на Марс сама по себе уже является серьезной инженерной задачей. Но для миссии по доставке образцов это только середина экспедиции.

После сбора материала его необходимо надежно поместить в контейнер, поднять с поверхности Марса и вывести на орбиту планеты. Для этого «Тяньвэнь-3» предусматривает отдельный взлетный аппарат.

Далее контейнер с образцами должен быть передан аппарату, который сможет отправить его по траектории к Земле. В результате экспедиция фактически объединяет несколько различных типов космических операций: межпланетный перелет, посадку, работу на поверхности, старт с другой планеты, операции на марсианской орбите и межпланетное возвращение.

Именно поэтому возвращение образцов с Марса намного сложнее обычной миссии с посадочным аппаратом или орбитальным зондом.

Почему образцы нельзя просто открыть после посадки

Марсианский грунт необходимо не только сохранить от загрязнения земными веществами. Нужно также обеспечить безопасное обращение с материалом после возвращения.

Даже если вероятность наличия живых марсианских организмов считается неизвестной и не означает автоматически существование биологической угрозы, образцы должны исследоваться в условиях, позволяющих контролировать возможные риски. Одновременно сами образцы необходимо защитить от загрязнения земными микроорганизмами, чтобы обнаруженные в дальнейшем соединения можно было уверенно связать с Марсом.

Для этого в Китае планируется специальная лаборатория планетарной защиты в Хэфэе. Ее задачи должны включать прием образцов, их стерилизацию там, где это требуется протоколами безопасности, вскрытие контейнеров, обработку материала и оценку биологических рисков.

Подход предусматривает так называемую двустороннюю защиту: предотвращение загрязнения Марса земными организмами и защиту Земли от потенциально опасного материала, который теоретически может вернуться с другой планеты. Одновременно необходимо исключить загрязнение самих образцов земными веществами.

Это особенно важно для поиска органических соединений и возможных биологических следов. Даже небольшое загрязнение земным материалом может существенно усложнить интерпретацию результатов.

Когда может состояться запуск

Официально «Тяньвэнь-3» планируется запустить примерно в 2028 году. Возвращение образцов ожидается примерно в 2031 году. Для межпланетных полетов к Марсу возможности запуска возникают в определенные периоды, когда взаимное положение Земли и Марса позволяет использовать подходящую траекторию.

Более конкретно, рассматриваемое окно запуска приходится на конец 2028 — начало 2029 года. При этом сроки космической миссии остаются плановыми: между объявленной датой и фактическим стартом существуют этапы испытаний, подготовки ракет и космических аппаратов, а также решения технических проблем, которые могут привести к изменению графика.

По состоянию на 2026 год разработка уже перешла к созданию прототипов оборудования. Руководство миссии сообщает о продолжении инженерных работ и одновременной подготовке научной программы.

Поэтому говорить о гарантированном запуске в конкретный день пока нельзя. Корректнее говорить о запланированном запуске примерно в 2028 году.

Чем «Тяньвэнь-3» отличается от предыдущего китайского опыта на Марсе

Первый самостоятельный китайский марсианский проект «Тяньвэнь-1» стартовал в 2020 году. В мае 2021 года посадочная платформа доставила на поверхность Марса марсоход «Чжужун», который исследовал район Утопии. Это стало первым самостоятельным успешным китайским освоением поверхности другой планеты.

«Тяньвэнь-3» требует совершенно другого уровня сложности. «Тяньвэнь-1» должен был доставить аппарат к Марсу, посадить его и обеспечить исследование поверхности. Новая миссия должна после посадки дополнительно подготовить груз к старту с Марса, вывести его на орбиту, передать другому космическому аппарату и доставить обратно на Землю.

Таким образом, новая программа использует накопленный опыт предыдущей марсианской миссии, но добавляет к нему целую цепочку операций, которых раньше в китайской марсианской программе не было.

Китай может оказаться первым, кто доставит специальные образцы с Марса

На сентябрь 2026 года Китай планирует вернуть марсианские образцы примерно в 2031 году. Если график будет выполнен, «Тяньвэнь-3» станет первой миссией, доставившей специально отобранный материал непосредственно с поверхности Марса на Землю.

Это важно отделять от уже существующих марсианских метеоритов. Марсианское вещество действительно присутствует на Земле, но оно попало сюда естественным путем. Будущая миссия должна впервые целенаправленно выбрать участок Марса, собрать материал, герметично его упаковать и доставить его обратно.

Конкурирующие планы по возвращению марсианских образцов также разрабатывались в рамках американской и европейской программы Mars Sample Return. Однако ее архитектура и сроки в настоящее время подверглись существенному пересмотру. Поэтому при успешной реализации китайского плана именно «Тяньвэнь-3» может первой завершить полный цикл доставки специально отобранных марсианских образцов.

Что изменит успешное возвращение образцов

Научная ценность миссии не зависит от того, будет ли в образцах обнаружена жизнь. Даже полностью «небиологический» результат станет важным для планетологии.

Марсианские породы могут дать новые сведения о том, как развивалась планета, когда и насколько долго на ней существовала жидкая вода, каким было состояние атмосферы в разные периоды и почему Марс в конечном итоге превратился в холодный и сухой мир.

Отдельный интерес представляет история обитаемости. Для науки важно не только определить, существовали ли когда-либо подходящие для жизни условия, но и понять, как долго они сохранялись, где именно существовали и какие процессы привели к их исчезновению.

Если же в образцах будут найдены убедительные свидетельства биологической активности, значение открытия окажется еще выше. Но такие выводы должны основываться не на одном необычном веществе или структуре, а на совокупности независимых признаков, исключающих более простые небиологические объяснения.

Почему миссия может стать поворотным моментом для исследования Марса

Возвращение образцов — это следующий этап после десятилетий дистанционного изучения Марса. Орбитальные аппараты дают глобальную картину планеты, посадочные станции и марсоходы позволяют исследовать конкретные участки, а лаборатории на Земле способны проводить гораздо более глубокий анализ.

«Тяньвэнь-3» должна соединить все эти возможности в одной экспедиции. Сначала ученые выберут район с подходящей геологической историей, затем аппарат должен собрать материал непосредственно на Марсе, сохранить его, вывести с поверхности и доставить обратно. После этого начинается уже земная часть миссии — многолетнее исследование образцов различными научными методами.

При успешном выполнении программы речь будет идти не просто о нескольких сотнях граммов марсианского грунта. Это будет материал, происхождение которого известно, геологический контекст которого задокументирован и который можно исследовать значительно глубже, чем позволяет любой автономный прибор на поверхности Марса.

Именно поэтому запланированная миссия имеет значение независимо от того, подтвердит ли она существование древней марсианской жизни. Если запуск, посадка, сбор, взлет с Марса, возвращение и лабораторная обработка пройдут успешно, человечество получит новый тип научного доступа к Красной планете — возможность исследовать ее породы не только там, где они находятся, но и с помощью практически всего арсенала современной земной науки.

Источники:
Статья создана по материалам Space.com