在一支中國(guó)地質(zhì)學(xué)家團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種高保真火星土壤模擬物，命名為UPRS-1，能夠精確復(fù)制烏托邦平原的風(fēng)化層。

這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步預(yù)計(jì)將助力即將開展的探測(cè)任務(wù)，包括中國(guó)的天問三號(hào)樣品返回工作。

-UPRS-1-

UPRS-1 模擬了火星土壤的力學(xué)、光譜、物理和化學(xué)特性，其依據(jù)是中國(guó)“天問一號(hào)”任務(wù)期間著陸于烏托邦平原的“祝融”號(hào)火星車以及美國(guó)宇航局先前發(fā)射的“海盜二號(hào)”著陸器的數(shù)據(jù)。

uprs-1樣品圖

UPRS-1 是一種火星土壤模擬物，專為模擬火星烏托邦平原表層風(fēng)化層而設(shè)計(jì)。它在主量化學(xué)元素、光譜特性、顆粒級(jí)配、密度、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角等方面與烏托邦平原的火壤具有高度相似性。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)還提出了一個(gè)五指標(biāo)的定量評(píng)估方法，用于評(píng)估模擬物與真實(shí)火星土壤的相似度。

UPRS-1 的研發(fā)過程包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

1. 確定模擬物目標(biāo):
2. 選擇烏托邦平原作為模擬對(duì)象的區(qū)域，并確定需要模擬的主要化學(xué)和物理性質(zhì)。
3. 成分配比:
4. 通過分析烏托邦平原土壤的成分，確定模擬物中各種元素的配比。
5. 物理性質(zhì)模擬:
6. 調(diào)整模擬物的顆粒級(jí)配、密度、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角等物理性質(zhì)，使其與真實(shí)火星土壤接近。

1. 光譜特性模擬:
2. 確保模擬物的光譜特性與烏托邦平原火壤的光譜特征相匹配。
3. 相似度評(píng)估:
4. 使用五指標(biāo)定量評(píng)估方法，對(duì)模擬物與真實(shí)火星土壤的相似度進(jìn)行評(píng)估，確保其滿足研究需求。

UPRS-1 的主要特點(diǎn)包括：

• 高相似度:
• 在主量化學(xué)元素、光譜特性、顆粒級(jí)配、密度、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角等關(guān)鍵性質(zhì)上與烏托邦平原火壤高度相似。
• 定量評(píng)估:
• 提出了一個(gè)五指標(biāo)的定量評(píng)估方法，用于評(píng)估模擬物與真實(shí)火星土壤的相似度，使得研究更加科學(xué)和可信。
• 潛在的礦物學(xué)模型:
• UPRS-1 可以作為烏托邦平原土壤潛在的礦物學(xué)模型，有助于研究火星表面的地質(zhì)和環(huán)境特征。

該模擬物填補(bǔ)了一個(gè)關(guān)鍵的研究空白，因?yàn)榇饲按蠖鄶?shù)土壤模擬物都側(cè)重于火星南部高地，而非北部低地。

烏托邦平原是一片約3300公里寬的巨大盆地，因其過去水活動(dòng)的證據(jù)而被認(rèn)為具有重要的地質(zhì)意義。朱榮的儀器發(fā)現(xiàn)了石膏和粘土等含水礦物，這表明這里曾經(jīng)存在較為濕潤(rùn)的環(huán)境。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（IGG）的研究人員在李守定、李娟和林紅雷的帶領(lǐng)下，以山東省的碎玄武巖為基礎(chǔ)，制備了這種模擬物。

隨后，他們對(duì)其成分進(jìn)行了微調(diào)，使其性質(zhì)與火星土壤相似，最終與真實(shí)的風(fēng)化層相似度達(dá)到了86.1%。

為了確保真實(shí)性，團(tuán)隊(duì)在模擬火星條件下對(duì)UPRS-1的機(jī)械行為進(jìn)行了嚴(yán)格測(cè)試。這些努力旨在為未來任務(wù)中彈性著陸器、探測(cè)車和其他地面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供支持。

UPRS-1 還解決了工程挑戰(zhàn)，例如美國(guó)宇航局 2020 年的 InSight 任務(wù)所遇到的挑戰(zhàn)，當(dāng)時(shí)土壤穿透困難阻礙了其熱探測(cè)器的部署。

除了硬件測(cè)試之外，UPRS-1 還可以進(jìn)行從火星土壤中提取水的研究，這是支持人類在火星生存的一項(xiàng)重要能力。據(jù)第一作者刁一鳴介紹，該模擬裝置將有助于完善“天問三號(hào)”任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，該任務(wù)計(jì)劃于 2028 年發(fā)射。

IGG 團(tuán)隊(duì)指出，UPRS-1 還可以用于天體生物學(xué)的模擬實(shí)驗(yàn)，特別是評(píng)估粘土和硫酸鹽等礦物質(zhì)如何影響微生物的生存。

此外，他們還提出了一個(gè)新框架，用于評(píng)估和開發(fā)適合其他火星地形的高精度模擬器。