在很多尖端领域，我国和美国这些发达国家的差距已经很小了，甚至在某些方面开始弯道超车。例如空间站这方面，我国独立建造、运营中国空间站，而国际空间站现在的情况不容乐观，当国际空间站退役以后，中国空间站将会是未来相当长一段时间内唯一在轨运行的空间站。

再例如探索火星方面，我们成为了继美国之后第二个实现火星车巡视火星的国家，虽然在火星探测方面我们起步时间比美国晚很多，经验也不如美国丰富，但是在火星取样返回地球这一个任务中，我们即将要弯道超车，我们的天问三号火星取样返回地球任务实施时间确定了，如果顺利实施，那在这一领域至少领先美国4年时间。

天问三号即将发射

我国即将实施的火星取样返回地球的任务是天问三号，按照目前的计划，我们将会在2028年前后通过两次发射任务来完成着陆火星以及从火星取样返回地球，计划在2031年前后带回不少于500克火星样品。

当前除了我国正在积极推进火星取样返回地球的任务外，美国也有火星取样返回地球的计划。现在美国的毅力号火星车正在火星表面开展工作，在巡视火星的过程中，毅力号火星车还有一个很重要的任务，那就是在火星表面采集火星的样品，然后使用特制的试管将这些火星样品封存起来，放到指定的位置。后续美国会发射新的探测器去火星，把这些装着火星样品的试管带回地球。

虽然美国的火星取样任务已经在进行中，但是他们取回样品的时间估计要比我们晚好几年时间。一开始，美国的火星取样时间节点也是在2031年前后，和我们的差不多。然而，由于技术以及预算超支等一系列的问题，美国火星取样返回地球的任务其实很不顺利，时间表一推再推，调整了很多次。

在此之前，美国火星取样返回地球的时间调整到2040年，这样一来的话差不多会比我们晚9年时间。随后NASA又对火星取样返回地球的方案进行了调整，提前带回样品的时间，不过也要比我们晚4年左右，最快都要到2035年才能完成火星取样返回地球的任务。

这里说的是最早2035年，如果美国火星取样返回地球任务的技术还没解决，或者预算继续超支的话，火星取样返回地球的方案可能还要调整，时间表可能也会继续推迟。

美国的方案还是太过激进了，相比之下我国的火星取样任务是基于现有很多技术基础上进行的，例如使用的是已经很成熟、很可靠的长征五号火箭来完成。当然一枚长征五号火箭是没法完成火星取样任务的，毕竟在首次火星探测任务中，一枚长征五号火箭刚刚好可以将天问一号火星探测器送上火星，而天问三号任务远比天问一号更加复杂，需要使用到2枚长征五号。

按照计划，我国计划在2028年的火星探测器发射窗口期间，用40天左右的时间分别发射2枚长征五号火箭，分别将天问三号的轨道器、返回器组合体和着陆器、上升器组合体发射到火星。简单地说，就是用一枚长征五号火箭将天问三号的轨道器和返回器组合体发射上去，另一枚长征五号火箭发射天问三号的着陆器和上升器组合体。

按照计划，天问三号任务中，着陆器和上升器组合体在抵达火星后就会登陆到火星进行采样，完成样品的采集任务后，上升器就会带着火星样品从火星表面起飞。而轨道器和返回器组合体不需要进行登陆火星，而是在火星轨道飞行等待上升器的到来。

当上升器带着火星样品抵达火星轨道后，就会和轨道器和返回器组合体进行交会对接，并且移交火星样品，在完成一系列工作后，轨道器和返回器组合体就会带着火星样品返回地球。这里其实和嫦娥五号、嫦娥六号探测器从月球表面起飞返回地球的过程是差不多的。

火星取样返回地球有多难？

堪称前所未有的难！虽然在过去几十年时间内，我们人类已经发射了很多探测器探索火星，但是火星探测任务的成功率其实很低，登陆火星就更加困难了，迄今为止，也只有中国、美国实现了火星车巡视火星的壮举。

探测器、火星车在火星表面采集样品就地进行研究其实还算比较简单，只有探测器、火星车抵达火星后能够正常运行，基本上都不会有什么问题。而想将火星样品带回地球进行研究的话，难度可以说是成倍增长，难度甚至要比载人登月更难。我们看下火星取样返回地球的难度有多大。

第一点就是距离实在是太遥远了。火星与地球的平均距离不是固定不变的，有时候会比较近，有时候会比较远，最远的时候和地球的距离接近4亿公里，就算和地球距离最近的时候也有5400万公里，远不是月球能够相比的。距离这么远意味着难度很大，例如通信延迟可以达到20多分钟，这意味着我们根本就没法实施掌握探测器的飞行情况，环绕火星、着陆火星、采集样品、火星表面起飞、交会对接、返回地球等过程都完全由探测器自主完成。

也正是由于火星与地球轨道的原因，不是什么时候都可以发射探测器去火星，火星探测器也不是什么时候都可以返回地球的。大约每隔26个月才有一次合适的发射窗口，所以火星取样返回地球的任务周期都比较长，一个来回就需要两三年时间。

第二个就是火星的环境很恶劣，探测器可能很难在火星上面生存或者正常运行。例如火星有一个稀薄的大气层，经常会爆发全球性的沙尘暴天气，有时候这些沙尘暴天气会持续好几个月时间。铺天盖地的沙尘暴可能会影响到探测器太阳能电池板发电，甚至可能会直接将探测器“掩埋”，或者影响到探测器的其他设备的正常运行。

再加上火星表面的温差很大，这对于在火星表面运行的航天器来说其实也是一个挑战。如果在执行任务过程中，探测器出现了一些问题，可能就会导致任务的失败。

第三个就是从火星表面起飞很难。在月球表面起飞相对来说会容易一些。月球的引力比较小，也没有空气，所以不需要很大的推力就可以从月球表面起飞了。而火星的质量比月球大得多，再加上火星也有稀薄的空气，存在空气阻力，所以从火星表面起飞需要更大的推力，这对上升器的发动机提出更高的要求，发动机不能太大，又要有足够的推力。

此前，我们人类已经多次完成月球表面采样返回地球的任务，有探测器进行无人采样，也有宇航员在月球进行采样，所以从月球表面起飞返回地球的技术其实还是比较成熟的。而火星的情况就不同了，在此之前人类未曾从火星表面起飞过，所以这将会是人类的航天器第一次在火星表面起飞，挑战性本身就不低。

第四个就是火星轨道交会对接很难。以我国的天问三号任务为例，轨道器、返回舱组合体环绕火星运行，着陆器、上升器组合体登陆火星去采样，完成采样任务后，上升器从火星表面起飞，需要和轨道器、返回舱组合体进行交会对接才能将样品带回地球。

由于距离实在是太远了，我们没法实施掌握探测器的飞行情况，整个交会对接的过程完全由上升器和轨道器、返回舱组合体自主完成。在火星轨道上，这些航天器怎么找到彼此，怎么控制飞行姿态、控制飞行速度、控制距离、控制精度，这些都是前所未有的挑战。

第五个就是再入大气层。探测器从火星轨道返回地球时速度会非常快，接近地球第二宇宙速度11.2公里每秒。大家也知道探测器从外太空返回地球时气动加热效应会很强烈，速度越快外部温度越高。像从月球轨道返回地球的航天器外部温度会接近3000℃，如果隔热措施不达标，探测器可能会直接烧毁。

总的来说，火星取样返回地球任务的难度是前所未有的，由于整个任务周期很长，涉及到发射、奔向火星、环绕火星、着陆火星、采样、火星表面起飞、火星轨道交会对接、火星轨道返回地球等一系列关键的阶段，任何一个环节出现问题都可能会导致任务的失败。

虽然难度相当大，但是在此之前已经有嫦娥五号、嫦娥六号、天问一号等多个任务的技术积累，而且我们使用到的很多都是成熟的技术，例如使用的是多次完成“星际”发射任务的长征五号火箭，相信我们的科学家还是有能力、有信心在这个时间节点内完成这样的壮举的。而当我们完成火星取样返回地球任务后，将会成为世界上第一个完成火星取样返回地球的国家，领先美国很多年。