中国航天领域即将迎来一项重大突破——天问3号火星采样返回任务计划于2028年前后发射，预计2030年前后将火星样本带回地球。这项任务将采用三种不同的采样方式，其中最引人注目的是首次搭载火星无人机进行样本采集，这标志着中国在深空探测领域迈出了创新一步。
任务中的三种采样方式各有特色。前两种方式由着陆器完成：一是通过机械臂直接铲取火星表层土壤，二是利用深度钻孔获取地下样本。而第三种方式则由火星无人机执行，这架无人机不仅需要完成飞行任务，更要精准降落在指定位置，直接抓取样本。这种设计有效避免了着陆器采样时可能产生的羽流污染问题，同时能够在着陆器周围约百米范围内灵活作业，大大扩展了采样范围。相比火星车受地形限制的移动能力，无人机展现出更强的机动性，能够抵达许多火星车难以到达的区域。
火星独特的大气环境为飞行器设计带来了巨大挑战。火星大气中95%是二氧化碳，且低空大气密度仅为地球的1%，相当于地球高空数万米的稀薄程度。这种条件导致升力效率极低，但美国宇航局的机智号火星无人机已成功证明在火星飞行的可行性。自2021年4月完成首次火星表面飞行以来，机智号创造了人类在火星上的旋翼飞行记录，尽管因旋翼叶片受损于2024年1月停止飞行，但其表现远超预期——原计划执行30个火星日、5次飞行任务，实际却超期服役近三年，完成了72次飞行，总飞行时间超过两小时，飞行里程达17公里。
与美国毅力号任务中仅作为辅助设备的机智号不同，天问3号的无人机将承担核心采样任务。根据公开的专利和论文资料，这架无人机采用双桨叶四旋翼设计，配备可调桨距技术，四条旋翼支臂与着陆器着陆腿一体化集成，既增强了升力又提升了姿态调整能力。这种设计在飞行稳定性、悬停精度和抗风能力方面表现优异，采样装置采用单电机欠驱动的多级连杆摇臂式绳驱钩爪方案，集成于无人机腹部，采样后可直接将样本送入着陆器容器。驱动系统沿用太阳能电池，但可能配备更大容量、更高效率的电池组，续航能力有望显著提升——相比机智号每个火星日最多飞行90秒的限制，天问3号无人机或将实现更长时间的连续作业。
在火星采样返回领域，中美两国正展开不同路径的探索。美国毅力号火星车已采集数十管样本，但这些样本仍散落在火星表面，等待未来任务带回地球。然而，美国计划的返回任务因周期过长、技术复杂导致预算严重超支，项目推进面临困境。相比之下，中国天问3号任务目标明确，仅要求获取500克以上样本，核心任务是快速完成采样并返回地球。这种简洁务实的任务架构，使中国有望成为全球首个实现火星采样返回的国家，为人类深空探测积累宝贵经验。
