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[新闻资讯] 美欧有个大计划!目的地:火星

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CDer:000431399
发表于 2019-11-25 00:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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从行星科学的角度来看,火星宛如地球的“孪生兄弟”:它们的形成时间、内部结构,乃至形成初期的环境都极相似。

但在随后几十亿年间,这对“兄弟”却分道扬镳:地球生机盎然;火星却荒凉死寂。

火星为何会遭遇如此凄惨的命运? 火星上是否曾有生命出现?是让很多科学家辗转反侧的谜团。 科学家一直希望能从火星采回样本,进行研究,揭示火星的“前世今生”,解开这些谜团。多年酝酿,终于即将实施。

据美国《科学》杂志网站11月22日报道,由美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)共同设计的“火星采样返回”(MSR)任务现已敲定: 耗资70亿美元,分四步走,从火星上采集约600克样本送回地球。



欧洲研制的地球返回轨道器将跟踪并抓取在轨道上装有样本的容器。来源:美国《科学》杂志

中国科学院国家天文台研究员、被称为“火星叔叔”的郑永春博士对科技日报记者表示:“2019年是阿波罗登月五十周年,火星采样任务在某种程度上可与阿波罗计划相比拟。”

势在必行的火星采样任务

为什么要进行火星采样任务呢?

郑永春解释说,在太阳系内,火星是与地球环境最为相似的星球,也是唯一有可能实现大规模移民的星球。目前,除了极少数火星陨石外,人类只能借助航天器进行遥感和原位探测。

虽然,人类在火星陨石中发现了有机物,在大气层中检测到了甲烷,但目前火星上是否仍然还有生命?火星上是否曾经繁衍过生命?这些问题依然没有答案。而要想回答这些问题,只能寄希望于火星样本的研究。



英国伦敦大学学院的空间科学家安德鲁·科茨说: “火星采样任务将是太空探索领域最重要的任务之一。”

据《科学》杂志报道,欧洲航天局(ESA)22个成员国的部长下周将齐聚西班牙塞维利亚,通过该机构未来三年的预算方案。ESA载人航天与机器人探索总监戴维·帕克说,他打算在会议上要求为MSR任务头几年以及将于明年发射升空的“火星太空生物”计划(ExoMars)的火星车提供6亿欧元资助。他有信心能如愿以偿。

NASA则希望在特朗普政府向国会提交的2021年预算案中出现MSR任务的“身影”。该机构火星探测科学家迈克尔·迈耶认为,现在我们拥有一大批研制和操控火星车的科学家和工程师,执行这一任务恰逢其时;此外,我们也拥有一组仍然在正常运行的火星轨道器,可提供中继通信,“万事皆已具备”。

投资70亿美元 分四步走

尽管如此,MSR任务负责人、NASA喷气推进实验室的布莱恩·穆尔黑德说:“这一火星采样任务也和将人类送往月球一样复杂。”

郑永春介绍道,火星采样返回任务非常复杂,要分为采样、取样、交接、返回四个步骤。 目前,美国在火星着陆方面的技术已经基本成熟,明年发射的火星车将采集火星岩石和土壤样本,并封装在样本管内;而2028年发射的另一辆火星车要把散落在火星表面的这些样本收集起来,封装在一个密封球体内,这个任务耗时很长,也很不容易。




郑永春继续强调说:“特别困难的是,火星采样返回任务,要在火星上自动发射火箭进入火星上空,与轨道器进行交会对接。这些任务在地球上有人参与的情况下,都是风险很高的技术,而要在火星上无人参与的情况下实现,难度就更大了。”

返回火箭研发负责人、NASA马歇尔太空飞行中心的安吉·杰克曼也表示:“让样本离开火星并非易事,这将是人类首次从另一颗行星发射火箭。 ”



火星采样返回任务四个步骤。来源:美国《科学》杂志网站

此外,据《科学》杂志报道,为使用最少的燃料样本送回地球,ESA希望借助离子推进器来推动地球返回轨道器。离子推进器将利用太阳能电池板产生的电能驱动离子,产生可持续数月的平稳脉冲,从而推动航天器前进。ESA的“贝皮·科伦坡”水星探测器正在使用这一方法前往水星。鉴于离子推进产生的推力较小,因此,这一行程预计历时2年,而非9个月左右。欧洲航天局MSR负责人桑杰·维杰德拉姆说:“离子推进有缺点,但这意味着,我们可以利用欧洲现有技术完成这一任务。”

至于70亿美元的费用问题 ,郑永春表示:“阿波罗登月当时用了200多亿美元,相当于现在的上千亿美元。现在仍在火星上执行任务的‘好奇’号火星车,耗资26亿美元。所以,如果能否实现火星采样的话,70亿美元实现人类历史第一次,并不算很多。”

希望发现生命存在的证据

研究人员称,他们现在很难确切预测十年后将如何研究这些样本,但他们希望能发现火星上过去或现在存在生命的迹象。 去年,“好奇”号火星车发现了两个富含有机大分子的地点,但它搭载的仪器不能鉴别出这些分子究竟源于生命还是由地质过程产生。

西班牙马德里天体生物学中心的玛丽亚-帕扎·佐尔扎诺也参与了MSR科学优先事项的认定工作。她说,地球上的科学家可以分析来自耶泽洛陨石坑中的样本中同样材料内的碳同位素,以确定其是否源于生命。



如果没有在样本内发现任何生命存在的迹象,科学家想知道具体原因。 麻省理工学院行星科学家本杰明·魏斯问道:“是因为火星不宜居?还是因为生命并没有产生过?”

科学家认为,数十亿年前,随着内核变冷,火星失去了自己的磁场,大气因此逃逸,火星表面变得寒冷干燥,并遭受强的太空辐射的“侵蚀”。通过收集不同样本的数据并测量它们的古磁场,以及它们形成的环境,他们可以验证上述理论是否正确,以及如果上述情况属实,那么是否由于火星在很早之前就变得不宜居,以至于生命从来没有开始过。

火星原始状态或遭破坏

为更好地了解火星,人类真是费劲了心思。“好奇”号、“洞察”号,以及“火星采样任务”中那些将陆续拜访火星的火星车、着陆器等等,在火星上“你方唱罢我登场”,给荒凉孤寂的火星增添了几分热闹和喧嚣。

佐尔扎诺说,随着人类探索火星的热情与日俱增,研究这一行星原始状态的机会变得日益渺茫。 她说:“如果我们现在不介入,我们会错过这个独特的时刻。”

郑永春对此也深表赞同,他说:“随着世界各国对火星探测的兴趣日益增加,会有越来越多航天器登陆火星。”

以2020年的火星发射窗口为例,就将有美国、印度、阿联酋、以及欧洲和俄罗斯合作的“火星太空生物”计划(ExoMars)的火星车发射;中国的火星探测器也将发射升空,并将实现环绕火星、登陆火星、火星车巡视勘察等任务。

郑永春略带忧心地指出:“这势必会威胁火星现有的原始状态,甚至还有可能把地球上的生命带到火星上。如果是这样的话,今后即便科学家在火星上找到了生命或生命的‘蛛丝马迹’,也很难区分它们到底是不是地球上带过去的。”

火星采样任务4步走

1、采样:目前,MSR任务的第一阶段目标已接近完成:NASA耗资25亿美元研制的“火星2020”火星车计划于2020年7月发射,将在有40亿年历史的耶泽洛陨石坑(Jezero crater)着陆。耶泽洛陨石坑里有保存完好的远古河流三角洲的化石,该区域的岩石保存着关于火星漫长而多样的地质历史时期的信息。火星车可四处活动,完成科学实验,钻探小块泥岩和其他岩石(这些岩石可能蕴藏着古老生命的“蛛丝马迹”),采集岩心样本。

每个样本将包含20克岩石和粗砂,存储于约手电筒大小的管内,NASA会将一些样本管暂时寄存在火星表面;另一些则放在火星车上。

2、取样:日历向前翻到2028年!届时,NASA另一个着陆器将携带返回火箭和ESA建造的取样火星车抵达火星。着陆器将于2026年发射升空,于2028年8月登陆火星。

之后,像茶几大小的采样火星车将从着陆器中驶出,寻找几年前散落的样本管。火星车将依靠太阳能供电,因此,在阳光日益减弱的冬季到来之前,它只有6个月时间完成任务。为此,它每天需要前进200米,并能自动导航。

一旦火星车取样成功返回着陆器,由ESA制造的机械臂便会从车架子上取下样本管,将其中30个置于篮球大小的钛容器内,该容器只能容纳约30个样本。

3、交接:随后,返回火箭将装满样本的容器发射到距离火星表面300千米高的轨道内,以与ESA的地球返回轨道器“会师”。地球返回轨道器跟随着陆器一起到达火星,目的是抓取进入火星轨道的样本。

顺利“会师”后,由NASA建造的机械装置会将装载样本的球体放入一个密闭模块中,随后进行密封并消毒,该模块最后会被放置于一辆名为“地球进入车”的盘形车内,盘形车随后会在减震器的保护下,在没有降落伞减速的情况下,降落于犹他州的沙漠。

4、返回:样本将于2031年回到地球,之后将置于一个隔离设施中,使其不受地球微生物等的污染。https://world.huanqiu.com/article/9CaKrnKnXRh

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CDer:001048702
发表于 2019-11-25 09:12 | 显示全部楼层
劫个色:“从行星科学的角度来看,火星宛如地球的“孪生兄弟”:它们的形成时间、内部结构,乃至形成初期的环境都极相似。”,金星才是孪生兄弟吧
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CDer:001110880
发表于 2019-11-25 09:32 超大游击队员 | 显示全部楼层
先看看再说
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CDer:000401983
发表于 2019-11-25 09:54 | 显示全部楼层
中国整个二十年代只有一次大的登火行动吗? 能不能再加一次?
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CDer:001155810
发表于 2019-11-25 20:03 超大游击队员 | 显示全部楼层
火星几乎没有什么磁场,人类能在没有磁场的环境下长期生存吗?
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CDer:000455103
发表于 2019-11-25 21:11 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

北京野人 发表于 2019-11-25 09:54
中国整个二十年代只有一次大的登火行动吗? 能不能再加一次?

这要看明年的嫦娥五号回来的怎么样,一切顺利的话,中国也会跟上火星返回。

有一点不明,登月登火我们都是用反推火箭一点一点不断下降的。美国人好像是用了降落伞硬砸上去的,这是咋回事?不能够美国人的反推火箭没有中国的先进吧?
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CDer:001092141
发表于 2019-11-25 21:25 | 显示全部楼层
因为包含三次发射(虽然mars2020是顺带的),所以70亿美元的估算是mars2020的耗资X3吗,就算剔除mar2020也近50亿美元,一个电推轨道器+登陆器+几百公斤的上升级+一个太阳能小车,估计20亿美元就行了吧
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CDer:001097058
发表于 2019-11-26 00:42 | 显示全部楼层
太复杂了。风险很高,难度很大。
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CDer:000401983
发表于 2019-11-26 04:07 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

火生 发表于 2019-11-25 21:11
这要看明年的嫦娥五号回来的怎么样,一切顺利的话,中国也会跟上火星返回。

有一点不明,登月登火我们 ...

不知道,也许美国想尝试一下更省工省料的降火方式。不过想想也是如此。

降火过程中,利用减速伞和弹跳气囊,基本不用什么燃料……就是AI控制,应该是比较省。腾出有效载荷给科研仪器。
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CDer:000028802
发表于 2019-11-26 07:54 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

火生 发表于 2019-11-25 21:11
这要看明年的嫦娥五号回来的怎么样,一切顺利的话,中国也会跟上火星返回。

有一点不明,登月登火我们 ...

你不知道好奇号怎么降落的吗?
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CDer:000455103
发表于 2019-11-26 15:47 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

zell2001 发表于 2019-11-26 07:54
你不知道好奇号怎么降落的吗?

我搜了一下,好奇号好像是用降落伞和吊机的方式着陆火星的。

怎么感觉还是嫦娥用可变推力反推火箭比较高大上,毕竟可以直接推到地面1-2米再自由滑落。

美国人没有可变推力火箭吗?
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CDer:001109313
发表于 2019-11-26 22:11 超大游击队员 | 显示全部楼层
北京野人 发表于 2019-11-25 09:54
中国整个二十年代只有一次大的登火行动吗? 能不能再加一次?

这个好像说要等地火距离最近的一个窗口期吗,不是像去月球一样说去就去吧
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CDer:000154817
发表于 2019-11-26 22:20 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

火生 发表于 2019-11-26 15:47
我搜了一下,好奇号好像是用降落伞和吊机的方式着陆火星的。

怎么感觉还是嫦娥用可变推力反推火箭比较 ...


难道你不知道美国第一个火星着陆器海盗号就是火箭反推着陆的。就算不知道,凤凰号怎么着陆的,美国最近的洞察号怎么着陆的?
好奇号是火星车接触火星表面后,天空吊车才飞走,你怎么感觉出来反推火箭的更高大上?明明是反推方式落地有倾覆的隐患,尤其是带大型火星车的时候,所以好奇号才另选的Sky Crane方案
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CDer:000455103
发表于 2019-11-26 22:26 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

lsquirrel 发表于 2019-11-26 22:20
难道你不知道美国第一个火星着陆器海盗号就是火箭反推着陆的。就算不知道,凤凰号怎么着陆的,美国最近 ...

首先我确实不清楚美国人各种火星车怎么着陆的,所以才问清楚。

火箭可变推力反推至1-2M才自由落地,不高啊,各种落地试验都证明安全可控。

其实我们也可以至地面3-5M的时候用吊机放下来,只要在一定高度的时候暂停放吊机即可。
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CDer:001114687
发表于 2019-11-26 22:46 超大游击队员 | 显示全部楼层
火生 发表于 2019-11-26 15:47
我搜了一下,好奇号好像是用降落伞和吊机的方式着陆火星的。

怎么感觉还是嫦娥用可变推力反推火箭比较 ...

早期的海盗1/2就是反推着陆的,近期的凤凰/洞察也是反推着陆,火星探路者(带10kg火星车)、勇气、机遇(180kg)火星车是气囊着陆,好奇号已经899kg了,反推和气囊都不够用了
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CDer:000455103
发表于 2019-11-26 22:51 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

风起于青萍之末1 发表于 2019-11-26 22:46
早期的海盗1/2就是反推着陆的,近期的凤凰/洞察也是反推着陆,火星探路者(带10kg火星车)、勇气、机遇( ...

不够用了才用吊机是吧?哈哈

谢谢,你说的够详细了。

估计以后我们也会在离地面数M的用吊机下放着陆。你说呢?
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CDer:001114687
发表于 2019-11-26 23:07 超大游击队员 | 显示全部楼层
火生 发表于 2019-11-26 22:51
不够用了才用吊机是吧?哈哈

谢谢,你说的够详细了。

用反推着陆也不是不可以,底下的登陆平台大点就是了,比较浪费重量。天空起重机可以省掉不少东西,着陆缓冲机构,释放火星车的坡道都去掉了,发动机掀起的扬尘也更少,着陆冲击也小,好处还是很多的。
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发表于 2019-11-26 23:54 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

美国去火星投入了这么多,都发现了些啥?
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CDer:000401983
发表于 2019-11-27 03:42 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

KayandKaya 发表于 2019-11-26 22:11
这个好像说要等地火距离最近的一个窗口期吗,不是像去月球一样说去就去吧

窗口两年一次,没有那么稀有。
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CDer:000255436
发表于 2019-11-27 08:41 超大游击队员 | 显示全部楼层
控制技术不一样,现在用反推,中国能够用到的人工智能技术,自动控制技术,以及设备可靠性,计算能力都大幅提升了,哪怕是比10年前的水平。
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CDer:001109313
发表于 2019-11-27 10:55 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

北京野人 发表于 2019-11-27 03:42
窗口两年一次,没有那么稀有。

那顺利的话支持加一次
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CDer:000826413
发表于 2019-12-2 16:58 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

99uiopuiop 发表于 2019-11-25 09:12
劫个色:“从行星科学的角度来看,火星宛如地球的“孪生兄弟”:它们的形成时间、内部结构,乃至形成初期的 ...

而且金星还像“镜像”出来的反向兄弟!比如在金星上太阳打西边出来、一天比一年长……
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CDer:000414215
发表于 2019-12-2 21:36 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

lsquirrel 发表于 2019-11-26 22:20
难道你不知道美国第一个火星着陆器海盗号就是火箭反推着陆的。就算不知道,凤凰号怎么着陆的,美国最近 ...

吹牛又不用上税,小心吹破了牛皮。
美国人的悬停降落技术一直没有解决,2013年8月的睡神号才搞定这个技术,之前都失败爆炸过一次,何况70年代。
反推技术难度很高,因为在下降过程中姿态不好维持平衡,反推量控制不好就容易翻滚倾覆,还需要多个方向的姿态调整发动机,不仅需要精确控制变推力发动机推力,还要精确控制多个方向的调姿发动机的推力,计算量非常惊人,技术难度很高,别说七十年代没这个技术,就是现在这个技术难度也不低,以色列印度降落都失败了。
这个技术实现很困难,降落伞+充气气垫技术难度低得多,更容易实现,所以实质美帝登火都是采用这个技术。
但采用这个方案降落没问题,但返回就行不通了。
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CDer:001091542
发表于 2019-12-2 22:46 超大游击队员 | 显示全部楼层
北京野人 发表于 2019-11-25 09:54
中国整个二十年代只有一次大的登火行动吗? 能不能再加一次?

中国最早在2026年执行火星采样返回任务。
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CDer:000154817
发表于 2019-12-4 11:02 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

本帖最后由 lsquirrel 于 2019-12-4 11:24 编辑
用第三眼看世界 发表于 2019-12-2 21:36
吹牛又不用上税,小心吹破了牛皮。
美国人的悬停降落技术一直没有解决,2013年8月的睡神号才搞定这个技 ...


不吹牛逼会死么?
睡神是单发降落,一个NASA出钱的业余验证项目。单发矢量控制垂直降落,和传统的航天器垂直降落,控制上完全不是一回事,基本技术演进路线都不懂?


1966年6月2日,Surveyor 1就在月球月球风暴洋西南部软着陆成功了,你跟我说2013年美国才掌握悬停降落技术?
Surveyor_NASA_lunar_lander.jpg

1976年7月20日海盗号就火星软着陆成功了,你跟我说2013年美国才掌握悬停降落技术?
NASM-A19790215000-NASM2016-02690.jpg

2008年5月25日凤凰号就火星软着陆成功了,你跟我说2013年美国才掌握悬停降落技术?
Phoenix_landing.jpg
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发表于 2019-12-4 11:23 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

火生 发表于 2019-11-26 22:26
首先我确实不清楚美国人各种火星车怎么着陆的,所以才问清楚。

火箭可变推力反推至1-2M才自由落地,不 ...

嫦娥三号带了一个140千克的玉兔,落到月面总质量还有1吨多。火星上着陆当然不会等比例增重,但着陆器越是精心设计减重,顶着大型漫游车,导致整体重心偏高的问题越发严重,那为什么不吊在下面呢?
好奇号这种900千克的大型火星车,如果用普通的反推着陆器,着陆器平台尺寸还好说,重心的隐患不小,干脆选天空起重机吊起来好了
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发表于 2019-12-4 11:42 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

lsquirrel 发表于 2019-12-4 11:23
嫦娥三号带了一个140千克的玉兔,落到月面总质量还有1吨多。火星上着陆当然不会等比例增重,但着陆器越是 ...

言之有理,具体情况具体对待。载重大了,任务多了,后期也会用上吊机,技术上应该不复杂,只要在离地面几米悬停即可。
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CDer:000360131
发表于 2019-12-4 14:58 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

cryptocoin 发表于 2019-11-25 21:25
因为包含三次发射(虽然mars2020是顺带的),所以70亿美元的估算是mars2020的耗资X3吗,就算剔除mar2020也 ...

几百公斤的上升级恐怕不够,火星可不是月球。
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CDer:001092141
发表于 2019-12-4 15:56 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

anermay 发表于 2019-12-4 14:58
几百公斤的上升级恐怕不够,火星可不是月球。

没打算挖很多东西。。。入轨容器质量大约只有16kg,含20-30个样本管,上升级<450kg,目前有单级固液混合和二级固体两种竞争方案,采集漫游车150kg左右比机遇号稍小,整个登陆器着陆质量在1.2吨。

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CDer:000234304
发表于 2019-12-4 16:04 | 显示全部楼层
如此的蛋痛,还要返回地球,还要冒把未知微生物带回地球的风险,真不如发射一个专门的无人实验室模块到火星上去更实际更省钱。。。火星车可以搜集各处的不同样本送回无人实验室进行检验。
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CDer:000918289
发表于 2019-12-4 20:08 超大游击队员 | 显示全部楼层
目前技术,采样返回难度太大。
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CDer:000154357
发表于 2019-12-4 21:04 | 显示全部楼层

RE: 美欧有个大计划!目的地:火星

lsquirrel 发表于 2019-12-4 11:02
不吹牛逼会死么?
睡神是单发降落,一个NASA出钱的业余验证项目。单发矢量控制垂直降落,和传统的航天 ...


我就说老美六、七年代就软着陆登月、登火了,怎么23楼还说老美13才解决悬停降落技术。有些人如果不是无知的话,就是为黑而黑的胡说八道。
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