科学家建立火星大气模型 为采样返回任务提供科研支持

天津消防网讯 中国科学家研发了一种新的模拟火星大气环境的数值模型，为未来火星采样返回任务提供科研支持。

这项研究于近日在中国《科学通报》杂志上发表。研究根据国务院新闻办公室发布的《2021中国的航天》白皮书表示，中国将完成火星采样返回的目标。

为了提供航天器着陆的气象条件信息，中国科学院大气物理研究所的科学家们设计并构建了新一代火星大气模式（简称GoMars）。

他们使用该模式模拟了火星大气环境中沙尘、水和二氧化碳三个关键气象元素的循环，并根据“天问一号”火星车“祝融号”和美国“维京1号”、“维京2号”火星探测器的观测结果，以及国际火星大气全球数据集，对模式进行了性能验证。

结果表明，GoMars成功再现了“祝融号”和两个“维京号”记录的火星大气独特的地表气压。此外，该模式对火星地表温度、纬向风、极地冰和沙尘也具有较好的模拟效果。

不同于地球，火星大气低压低温，水汽极少，沙尘变幻莫测。随着人类火星探测任务愈加复杂，科学家对火星天气预报的需求也更加迫切。研究团队表示，他们将进一步研究火星上的沙尘暴等天气过程，为未来的火星探测、载人登陆和资源开发等提供可能的科研支持。

中国首个火星探测器“天问一号”于2020年7月23日发射升空，于2021年5月15日着陆火星乌托邦平原。随后，“祝融号”火星车驶离着陆平台，到达火星表面，开始对这颗红色星球进行巡视探测。

2021年6月11日，国家航天局公布了由祝融号火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图。新华社发（国家航天局供图）

论文的通讯作者王斌说，与“天问一号”任务相比，火星采样返回任务包括着陆、采集样本和返回等目标，需要有关火星大气条件更精细化的信息。

王斌告诉记者，在火星，沙循环的重要性相当于地球的水循环。从探测任务来说，沙尘过程对登陆火星有很大的影响。因此，沙尘过程一直是火星大气研究领域的热点之一，也是模式模拟的难点。

在沙尘活动期间，火星大气边界层内的温度、气压、风场等均会发生快速变化，由此对火星探测器的着陆、离飞、通讯、能源供给和仪器工作等方面产生显著影响。

据国家航天局消息，“祝融号”火星车在2022年5月18日转入休眠模式。王斌说，使用火星大气模式模拟“祝融号”休眠前后的沙尘活动，可为其休眠原因分析提供数据支撑。

2022年元旦，国家航天局发布我国首次火星探测任务天问一号探测器从遥远火星传回的一组精美图像，向全国人民报告平安。这是环绕器与火星合影。新华社发（国家航天局供图）

“火星的观测资料远比地球稀少。”王斌说。利用火星大气模式的模拟数据，可以构建一个虚拟的“数字火星试验平台”，为着陆区选择、火星车设计中的大气环境工程约束提供数据支撑。

“例如，GoMars可以模拟火星车着陆区的温度，而科学家可以利用这些数据来设计适合建造火星探测器的材料，从而应对火星上的极端寒冷环境。”王斌说。