天问三号要抢先把火星样本带回家：瞄准2028年底发射

天问三号计划2028年底用两枚长征五号从文昌出发，2031年把约五百克火星岩石与土壤送回地球。如果时间表站得住，中国将成为第一个完成火星取样返回的国家。

中国正在抢一扇每26个月才开一次的窗口，要把火星样本率先带回家。2028年底，两枚长征五号火箭准备从海南文昌先后离开地球。一发送着陆器和上升器，一发送轨道器和返回器。如果天问三号（Tianwen-3）按表飞行，2031年将有大约500克火星岩石和土壤落回地球。那将是人类第一次把另一颗行星表面、已知产地的实物样本装进实验室。美国与欧洲原本合作的火星取样返回，已经在2026年初的预算案里实质停滞。

9月3日，2026年深空探测（天都）国际会议在合肥开幕。天问三号任务首席科学家、中国科学院院士侯增谦在会场说，任务已经转入初样研制阶段，技术攻关和科学准备同步往前推。他把探寻火星潜在生命痕迹放在科学目标的第一位，并且不肯把这句话说成口号。「这是经过深思熟虑作出的科学选择。」侯增谦说。

▲2021年，祝融号在乌托邦平原拍摄的沙丘。前景是太阳能板，沙面上投下桅杆相机的影子。中国由此成为第二个成功着陆火星的国家。天问三号要在「绕、落、巡」之后，把「采、封、回」接上。来源：CNSA

●先问有没有生命，再问它长什么样

火星是太阳系里和地球最像的类地行星之一，也被公认为地球之外最可能孕育过生命的天体。早期火星有过液态水，具备过适宜生命繁衍的环境。演化至今，它已进入侯增谦所说的「老年期」：全球磁场消失，大气稀薄，干旱寒冷。宜居性怎样一步步走失，那里有没有存在过生命，仍然是行星科学最核心的前沿。

半个多世纪以来，全球已实施四十七次火星探测，飞掠、环绕、着陆、巡视都做成过，取样返回始终没有破局。从海盗号（Viking）的生物学实验，到艾伦丘陵84001号陨石的争议，再到勇气号看见水合二氧化硅、好奇号测到长链有机分子，所有发现都存在多解性，给不出「火星是否存在过生命」的确定答案。

侯增谦说，天问三号要把高价值样品带回地球做精细分析，既找与地球早期生命形态相似的微生物痕迹，也考虑火星独自演化出来的未知生命形式。

天问三号要找的，当然不是影视里的外星人。地外生命探寻的核心，是寻找能够支撑生命的物质条件，以及留存下来的生命痕迹，也就是生命标志物（biosignature）——可能是特定的有机分子组合，也可能是碳、硫、氮同位素比例里那种生命才偏好的偏倚，甚至是岩石纹理里极微细的形态痕迹。

哪怕结果显示阴性，这半公斤仍然值钱。地球实验室里的质谱仪、同步辐射光源和同位素分析装置，体积和功耗都飞不到火星上去。侯增谦说，无论是否发现生命痕迹，返回样品都具有不可替代的科学价值。微观、分子和同位素尺度上的测量，将改写人们对火星地质、环境和宜居性演化的认识。

▲天问三号计划在同一窗口内连续使用两发长征五号，分别送出轨返组合体与着陆上升组合体。来源：新华社 / CNSA

●两发长五，一场不许出错的接力

火星取样返回被公认为航天领域里最难的系统工程之一。天问三号没有把全部质量塞进一枚火箭，而是把任务拆成两个组合体，各乘一发长征五号，都从文昌走。官方口径是「2028年前后发射、2031年前后返回」。深空探测实验室的公开说明把火面作业放在2030年、样品回家放在2031年。侯增谦早前把行程概括成：飞七八个月到火星，在火星体系内工作约一年，再返回地球，全程三年有余。官方目前只公布到年，没有给出精确到某月的时间表。

▲天问三号公开飞行节点（按照官方「2028年前后发射、2031年前后返回」及深空探测实验室公开口径整理）

2028年底两发长征五号从文昌起飞

2029年飞行七八个月后抵达火星

2030年火面采样

2031年前后样品返回地球

▲天问三号任务剖面：轨返组合体与着上组合体分两次发射，着陆采样后由上升器入轨交会，返回器再入地球。来源：Hou et al., Nature Astronomy, 2025

这套节奏明显继承了嫦娥五号、嫦娥六号月面取样返回的骨架：地面采样、密封、起飞、轨道交会、再入回收。火星任务把每一步都放大了。火面重力大约是月球的两倍多，大气薄到只能给降落伞很短的减速时间，上升器却要在这层稀薄空气里把自己送进轨道。交会发生在距离地球两亿公里量级的地方，测控时延以分钟计。进入、下降与着陆（EDL）要把着陆器安全放到一块平坦、少石的落点范围内；样品装好之后，上升器还要在这块落点附近点火，把自己送进火星轨道。任何一环失败，五百克样品就留在火星上。

今年3月，采样、封装、火面起飞和轨道转移还在初样研制。到了9月，侯增谦在合肥表示，探测装备已处在初样阶段，各项技术都在加紧攻关。

▲天问三号采样与就位探测构想。着陆器携带钻头、地表穿透雷达、拉曼-荧光分析仪和工程相机；采样无人机飞出羽流扰动区抓取岩石。示意图还画出地下可能保存的生物标志化合物、粘土、硫酸盐、水合铁氧化物与高盐卤水。来源：Hou et al., Nature Astronomy, 2025 / 深空探测实验室

●不派火星车，把钻头打到两米

天问三号不带火星车。着陆器就地工作。工程总体早前给出过三种取样办法：表土铲取、最深约两米的钻取，以及用采样无人机到着陆点外至少一百米处抓取。侯增谦在合肥谈到「怎么采」，几乎只讲一件事：在火星上打两米的钻。「在地球上，打万米是很前沿的技术，但是在火星上能够打两米，也是科学挑战。」。表层长期暴露在宇宙辐射、紫外线和氧化环境里，有机分子很难幸存。往下两米，是为了尽可能降低辐射、氧化和风化作用对潜在生命信号的破坏，更好保存火星原始信息。

天问三号任务使用的这架无人机并不是巡视火星车，也不是美国机智号（Ingenuity）那种探测直升机。而是着陆器携带的采样无人机，用来做移动采样：飞出着陆点外，抓取不同类型的岩石、碎片和松散土壤。着陆发动机的羽流会掀起尘土、改变局部化学，近处的表土等于被飞船自己扰动过一遍。飞到百米外取样，是为了拿到一份少被羽流扰动的对照，也是为了把样品种类铺开。2025年，侯增谦在《自然·天文学》和公开访谈里写过这套方案；2026年9月《环球时报》也报道，任务将采用无人机技术在火星表面多点取样。封装则准备沿用嫦娥五号验证过的真空密封思路，把样品从火星表面一路锁到地球实验室，中间不再打开。

●落到哪里，几乎决定能看见什么

「选址是决定样品科学价值的第一道关口。」侯增谦把这句话放在三项核心挑战的第一位。工程把着陆区收得很窄：纬度大约北纬17度到30度，海拔必须低于火星水准面三公里，好让稀薄大气多给降落伞一点工作时间；坡度、岩石和撞击坑密度都要压在工程能承受的范围内。科学却把名单往水的历史里推。候选区要尽可能古老，最好有过液态水活动，并且具备保存生命标志物的潜力。

名单已经从最初80多个，缩到如今的8个。侯增谦说，最终着陆区预计在2026年底确定。早期公开的预选带，落在亚马逊平原（Amazonis Planitia）、乌托邦平原（Utopia Planitia）和克律塞平原（Chryse Planitia）一带。祝融号2021年就落在乌托邦平原。名单里还出现过马阿迪姆谷、麦克劳克林撞击坑、奥克西亚平原这类被水改造过的地点。

为了让这一落点不像赌博，中国团队正编制新一代全火星地质图，以「数据驱动、智能编图」为核心理念，充分利用天问一号环绕器自2021年2月以来的探测数据，统筹多源国际资料，融合影像、光谱、雷达和重力，引入人工智能解译。侯增谦说，这会是全球首版智能化火星地质图，计划2028年底交出比例尺1:500万的1.0版。

●最安静的一关，叫做「三不污染」

把火星物质带回地球，保护是双向的，约束从采样之前就开始。侯增谦把第二项核心挑战叫做「三不污染」：既不能让地球微生物污染火星，也不能让火星物质危害地球，更不能让地球尘埃混进样品、制造假阳性。天问三号属于空间研究委员会（COSPAR，总部在法国的国际科学组织）行星保护政策里限制最严的一类：限制性地球返回。

服务这次任务的「行星保护实验室」，将落地合肥深空科学城一期。2026年8月5日，《中国科学报》在深空探测实验室现场获悉这一安排。国际深空探测学会副理事长胡朝斌介绍，实验室将建立「样品—地球环境」双向防护体系，为工程实施和火星样品科学研究提供支撑。深空探测实验室2022年由国家航天局、安徽省和中国科学技术大学三方共建，总部落在合肥。行星科学研究中心研究员魏广飞当时说，深空探测竞争正由「任务竞争」转向「能力竞争」，实验室将依托天问三号等重大任务，把科学、技术和工程收成一个闭环。

侯增谦在合肥把这座实验室称作「全球首个行星保护实验室」。样品回国后先隔离、评估，确认确为火星来源之后，将像嫦娥五号、嫦娥六号的月壤那样，向国内外科研机构开放。2026年4月，国家航天局公布了天问三号国际合作载荷遴选结果：轨道器上有空间研究委员会牵头的火星PEX光谱仪、澳门科技大学的分子离子成分分析仪、香港中文大学的激光外差光谱仪；服务舱上有香港大学的地物高光谱成像仪；着陆器上有意大利国家核物理研究院弗拉斯卡蒂国家实验室的激光角反射器阵列。28份意向里，最后留下5项。

●中国盯住2028，美国取样已经停摆

侯增谦认为的第三项挑战，是生命痕迹识别。极痕量的生命相关物质很难测，团队正在做专项研究，要在样品真正落地之前，先把判别方法和全流程识别体系立起来。否则罐子打开之日，科学可能会卡在「看见了，但说不清」。

地火窗口大约每26个月开一次。天问三号盯住的是2028年前后这一档。对面曾经有过一条更早被写进路线图的路：美国宇航局与欧洲空间局合做的火星取样返回，本打算去接毅力号（Perseverance）已经在杰泽罗撞击坑封好的岩芯管。独立评估预算曾把全任务费用推到约110亿美元。2026年1月，美国国会的支出法案不再给这个架构拨款，项目在现有形式上实质终止。毅力号仍在继续钻探、封管，大约30份样品还在火星上，暂时没有获批的飞船去取。

▲毅力号投放在火星表面的样品管。杰泽罗撞击坑里已经封存了大约30份岩芯，但原定去接它们的取样返回架构已于2026年初停拨。来源：NASA / JPL-Caltech

曾任NASA火星计划主任、被媒体称为「火星沙皇」的斯科特·哈伯德（Scott Hubbard）对Space.com表示，如果中国这条时间表是准确的，「这将是一次斯普特尼克时刻」。他补了一句更重的话：「中国不仅会抢走头条，还可能成为第一个在另一颗行星上找到生命证据的国家。」

1957年10月，苏联把第一颗人造卫星「斯普特尼克」送上轨道。美国突然发现自己在航天上落后了。后来的人把那种震动叫做「斯普特尼克时刻」：一个国家在技术上抢先，迫使对手重新认识自己的位置。哈伯德借用这个词，说的是中国一旦先把火星样品带回家，冲击会同时落在科学和政治两边。

天问三号如果率先成功，真正的震动不会先出现在发射场，而会落在实验室里。约五百克火星岩石和土壤不是奖杯，是一串还没被问出口的问题，封在返回舱里，等着被打开。如果找不到生命痕迹，太阳系里「另一颗行星曾经有过生命」的范围会缩小；如果找到了，教科书就得重写。无论哪一种，2031年那艘返回舱打开的时候，人类对火星的认识都会从照片和遥测，第一次变成可以亲手握住的石头。

主要依据：赵广立「行星保护实验室」即将落地合肥深空科学城，《中国科学报》/科学网2026年8月5日。新华社记者陈诺、吴慧珺、何曦悦：专访侯增谦（中国航天报微信号转载「人类首次！天问三号将去火星挖土并带回」）2026年9月3–4日。Jack C.，Tianwen-3 Mars Sample Return Mission Progresses Towards 2028 Launch，China in Space 2026年9月8日。侯增谦等《自然·天文学》，2025年6月；国家航天局天问三号国际合作载荷遴选结果，《人民日报》2026年4月25日。Space.com：斯科特·哈伯德评论 2026年9月9日；《科学》/AAAS：NASA火星取样返回停摆 2026年1月。