在未来十年的某个时候，中国的一项任务旨在做以前从未做过的事情：收集金星上的云粒子并将它们带回家。但实现这一目标将意味着克服太阳系中最恶劣的环境之一——地球的隐身云主要由硫酸液滴组成。
去年秋天，当中国公布了空间科学和探索的长期路线图时，其第二阶段（2028-2035）包括史无前例的金星大气样本返回任务。正如中国太空任务的典型做法，很少有细节被公开。但最近在中国社交媒体上分享的信息让我们对早期任务计划有了新的认识。
这张幻灯片显示，所针对的关键科学问题包括金星上生命的潜力、金星的大气演化以及云层中紫外线吸收剂的奥秘。该任务将携带样本收集装置以及现场大气分析设备。寻找生命的部分原因是 2020 年《自然天文学》上发表的一项有争议的研究引起了人们的兴趣，该研究表明金星大气中的磷化氢痕迹可能是生物过程的迹象。
金星样本返回任务挑战
麻省理工学院(MIT) 教授萨拉·西格 (Sara Seager ) 带领团队制定了 2022 年金星大气样本返回任务提案。NASA 没有选择该提案，但她的团队仍在继续工作，包括使用浓硫酸进行实验。 “虽然我们的 DNA 无法生存，但我们已经开始表明，越来越多的有机分子、生物分子是稳定的。因此，我们设想金星上可能存在生命，”Seager 告诉IEEE Spectrum 。
像麻省理工学院这样的任务提案为了解中国团队面临的艰巨技术挑战提供了一个窗口。到达金星，进入其厚厚的大气层，收集样本，然后返回金星轨道，让等待的轨道飞行器将样本返回地球，所有这些都面临着各种挑战。但潜在的科学回报显然使得这些障碍值得清除。
麻省理工学院的团队提出了一种能够抵抗酸腐蚀的聚四氟乙烯涂层气球，它可以漂浮在天空中，而不需要推进力以及相关的燃料和质量。相反，中国的初步渲染图显示了一辆有翼的车辆，表明它正在追求不同的建筑道路。
“如果能拿到样本来真正解开金星上的一些重大谜团，那就太棒了。” ——萨拉·西格，麻省理工学院
麻省理工学院的博士后Rachana Agrawal表示，一些主要挑战与云中的操作有关。一艘正在穿越浓密的云层，通常对可见光来说是不透明的。虽然这在采样过程中并不重要，但在使用火箭返回样本时，准确了解自己所在的位置至关重要。火箭需要进入精确的轨道。 “在金星上，我们在云层中没有 GPS。火箭无法看到恒星或表面，而且金星没有磁场，”阿格拉瓦尔说道。一个答案是为金星建立一个卫星导航系统来协助任务，从而增加额外的发射和复杂性。
需要一架上升飞行器将样本罐送入轨道，与等待的轨道飞行器交会对接。两级固体推进剂火箭——类似于计划用于火星样本返回任务架构的火箭——将是更简单的选择之一。但在距离地球数百万公里、未知条件下进行远程或自主操作将是非常严格的。
“我们对大气层了解不多，所以我们不知道当地的情况如何。因此，火箭必须从一个非常动态的环境中发射，”阿格拉瓦尔说，他补充说，地球上的发射经常因为大风而被取消。中国的科学家和工程师需要回答所有这些问题才能完成自己的样本返回。它已经通过嫦娥五号和六号月球样本返回取得了成功，定于今年5月下旬发射天问二号近地小行星采样任务，并计划于2028年底发射其雄心勃勃的天问三号火星样本返回任务。这些努力的经验和技术将对金星具有启发意义。
麻省理工学院提出的任务设计将需要 22 吨的航天器，最终目标是将 10 克大气样本运送到地球。中国的设计很可能会提供类似的比例。然而，即使是相对少量的物质也可能对我们对金星和太阳系的理解产生革命性的影响。
“我对此感到非常兴奋，”西格说。 “即使没有生命，我们也知道存在有趣的有机化学，这是肯定的。如果能拿到样本来真正解开金星上的一些重大谜团，那就太棒了。”