中国・天問3号、火星の土壌を2031年に地球へ　世界初のサンプル帰還へ

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最終更新: March 17, 2026 • 15:49 UTC

人類の最も古い疑問に答える競争

中国は、これまでどの国も成し遂げていない目標、つまり火星から物理的サンプルを地球へ持ち帰る準備を進めている。2028年に2回の打ち上げを予定する天問3号ミッションは、2031年までに少なくとも500グラムの火星物質を地球に帰還させることを目指しており、宇宙探査の歴史的な初成功となる可能性があると同時に、科学の最も基本的な疑問の一つにも答えようとしている。ミッションの総主任設計師、劉継忠氏は3月の中国の全国両会で、プロジェクトが重要技術で突破を達成し、今年、飛行モデルの開発段階に入ると発表した。このスケジュールは、中国が火星へ向かい地球へ戻る国際的な競争に先駆ける可能性のある軌道にあり、その影響は国家の威信をはるかに超えて広がる。

人類の最も古い疑問に答える競争
前例のないミッションを設計する
古代生命の証拠を掘り当てる
北京が世界のパートナーに扉を開く
惑星防護と技術的保護措置
宇宙探査における世界の力学の変化
試作機から赤い惑星へ
要点

このミッションは長年にわたる計画の集大成であり、中国の過去の火星探査の成果の上に構築されている。2021年には、天問1号ミッションの一環として祝融号ローバーが火星に着陸し、火星表面でローバーを運用した2番目の国となった。同ミッションは、地表下の土や砂利に水氷が混在している証している証拠を発見し、詳細な実験室分析のため物理的サンプルを持ち帰ることへの科学的関心を高めた。地球から何百万キロも先へ小型化した装置を運ばなければならないロボット探査機と異なり、サンプルを地球に持ち帰れば、科学者は地上の実験室の全能力を使って、微小な化石、有機化合物、そして隣接する惑星に生命がかつて存在した可能性を示す化学的シグネチャーを探せるようになる。

重要なのは科学的好奇心だけではない。天問3号が成功すれば、生命を宿す可能性のある別の惑星から物質を回収した初めての事例となり、中国を惑星探査のリーダーに位置づけるとともに、国際的な科学協力の新たな機会を生み出す。劉継忠氏は記者団への発表で、この事業を非常に困難で先駆的な大型宇宙プロジェクトだと説明した。

天問3号ミッションは、非常に困難で、革新に満ち、世界を先導する大型宇宙プロジェクトである。人類初の火星サンプル帰還を実現し、宇宙科学、宇宙技術、宇宙応用の質の高い一体的発展を大きく促進することが期待される。

前例のないミッションを設計する

単一の打ち上げに依拠した従来の火星ミッションとは異なり、天問3号は複数の宇宙機間の精密な調整を必要とする、複雑な2回打ち上げ構成を採用する。長征5号ロケット2機が2028年末の最適な火星打ち上げ窓に離陸し、それぞれミッションの別々の部品を搭載する。一方のロケットは周回機と地球帰還機の複合体を、もう一方は上昇機とサービスモジュールを備えた着陸機を運ぶ。この2回打ち上げ方式は、着陸システムと帰還システムを同時に火星へ送る際の莫大なエネルギー要求に対応するとともに、各部品が固有の任務に必要な燃料を十分に確保できるようにしている。

ミッションの手順は3年以上にわたり、13の異なる段階を含む。7～8か月の惑星間飛行の後、着陸機は北緯17～30度の間で慎重に選定された地点に着陸する。ここでは工学上の制約と科学的可能性のバランスが考慮される。宇宙機は、突入時に減速するための十分な大気密度を確保するため、火星の全球平均高度より少なくとも3キロ低い場所に着陸しなければならない。地表に降り立った後、着陸機は約1年間運用され、地表の採取、深部掘削、数百メートル離れた地点からのドローン支援採取など複数の手法でサンプルを採取する。

上昇段階は、宇宙飛行史上最大の技術的課題の一つとなる。サンプルを採取して密封した後、上昇機は着陸機を発射台として火星表面から発射し、火星の表面から初めて火星周回軌道に到達しなければならない。軌道上で、上昇機は待機中の周回機とランデブーしてドッキングし、貴重な貨物を移し替えた後、帰還機が地球への旅を始める。火星周回軌道でのこのランデブーはこれまで試みられたことがなく、通信の遅延が最大20分に及ぶ環境では地上管制がリアルタイムの誘導を行えないため、精密な航法が求められる。

古代生命の証拠を掘り当てる

天問3号を推進する主な科学的目標は、火星に生命がかつて存在したことを示す物理的または化学的指標、すなわちバイオシグネチャーの探索である。過去のミッションは有機分子や古代の湖底を検出しているが、地球の高度な実験室でサンプルを分析できれば、過去の微生物生命の決定的な証拠を見つける最良の機会となる。この可能性を最大限に高めるため、ミッション計画者は火星表面下2メートルまで掘削する野心的な採取戦略を開発した。この深さは、どの火星ミッションも試みたことがなく、他の計画が予定している浅い表面採取より大幅に深い。

この深さは天体生物学上の成果にとって決定的である。火星には全球的な磁場がなく、大気も薄いため、表面は宇宙放射線に絶えず衝突し、有機物質を時間とともに破壊する強力な酸化性化学物質にさらされている。この過酷な表面層の下まで掘削することで、ミッションは放射線から数十億年間保護されてきた堆積物に到達し、液体の水とより厚い大気があった時代の有機化合物、さらには微小な化石を保存している可能性を期待している。掘削システムは、過酷な火星環境でサンプルの完全性を維持しながら、基盤岩などの障害物を検出して回避しなければならない。

着陸地点の選定プロセスは、ミッションの生物学的焦点を反映している。科学者は当初の80超の候補から86の潜在的地点を特定し、アマゾニア平原、ユートピア平原、クリセ平原に集中する19の最有力地点まで絞り込んだ。これらの地域には、古代の海岸線、デルタ堆積物、粘土鉱物、そして生命が誕生し保存された可能性のある水に富む環境で形成される峡谷系がある。2026年末までにチームは、科学的価値と工学的安全性の最適なバランスを備えた最終候補地点3カ所を選定する。選定基準では、過去の水活動を示す含水鉱物がある地点を優先しながら、安全な着陸のため、斜面角度8度未満、岩石の存在率10パーセント未満という厳格な要求を満たすことを重視する。

北京が世界のパートナーに扉を開く

ミッションの技術的準備への自信を示す動きとして、中国国家航天局は2025年3月11日、天問3号が国際協力に開かれていると発表した。提案募集では、地球帰還周回機に15キログラム、火星周回機にさらに5キログラムのペイロード容量を、国際パートナーが開発した科学機器向けに用意する。この招待は、史上もっとも重要な宇宙ミッションの一つとなる可能性がある事業を共同で科学的に所有する方向への重要な転換を意味する。提案の提出期限は2025年6月30日で、最終選定は同年10月に予定されている。

関心を持つ国際チームは、天問3号の宇宙機による支援が必要な相乗りペイロードや、ミッション全体の科学的目標に沿う独立した科学機器を提案できる。選ばれたパートナーは、2028年の打ち上げ窓前に宇宙機と統合するため、2027年までに飛行ハードウェアを納入しなければならない。提案される研究は、生命の探索、火星地質学の研究、大気プロセスの調査を補完するものでなければならず、ミッションの価、ミッションの価値を広げる革新も歓迎される。この協力の枠組みは、天問3号を単なる国家プロジェクトではなく、人類共通の科学的利益を進歩させるための世界的な基盤として位置づけている。

ミッションの主席科学者で中国科学院院士の侯増謙氏は、最近『Nature Astronomy』に掲載した論文で、協力的なアプローチを強調した。侯氏は、目標設定段階で国際会議を開催したとし、惑星防護プロトコルが満たされた後には、世界的な研究者に帰還サンプルへのアクセスを開放する計画だと述べた。侯氏は、このミッションが火星を理解する前例のない機会を国際社会に提供し、火星物質の歴史的な初帰還に参加したいと考える欧州、アジア、その他の宇宙国家のパートナーシップを引きつける可能性があると期待を表明した。

惑星防護と技術的保護措置

別の惑星から物質を持ち帰る見込みは、ミッション計画者が極めて慎重に対処しなければならない深刻な安全問題を提起する。宇宙空間研究委員会が定める惑星防護プロトコルは、地球の生物による火星の順方向汚染と、火星の潜在的生命による地球の逆方向汚染を防ぐための厳格な措置を求めている。中国はこれらの国際基準を順守すると表明し、生物的発見が地球から運ばれた汚染物ではなく本当に火星起源であることを確認することが、ミッションの科学的完全性に不可欠だと認識している。厳格な汚染管理は、ミッションのすべての段階で対処しなければならない重要な課題である。

これらのリスクを管理するため、中国は合肥の郊外、中国科学院の物理科学研究所の近くに専用の火星サンプル実験室を建設している。この施設には超清浄室とバイオセーフティ封じ込め区域が設けられ、帰還サンプルは、より広い科学コミュニティに公開される前に、包括的な検査、滅菌、生物的リスク評価を受ける。サンプルは、陸上生態系を脅かす可能性のある活性生物剤を含まないことが厳密な分析で確認されるまで、地球環境から隔離される。安全性が確認されて初めて、物質は指定された世界中の実験室に配布され、詳細な分析が行われる。

工学チームは、火星表面でのサンプル採取と密封、火星表面からの上昇、軌道ランデブー、サンプル移送機構など、ミッションに必要な重要技術ですでに突破を達成している。ミッションは、物質が地球に完全な状態で到着することを確実にするため、サンプルを採取して確実に密封しなければならない特殊な土壌採取システムの開発を必要とする。劉継忠氏は、火星からサンプルを回収することはアポロ計画以降、技術的に最も困難な宇宙探査ミッションであり、そのような回収はこれまで実現していないと指摘した。複雑さは機械システムだけでなく、火星表面から大気圏再突入、実験室分析までサンプルの完全性を維持しなければならない生物的封じ込めと証跡管理の手続にも及ぶ。

宇宙探査における世界の力学の変化

中国が2028年の打ち上げ日に向けて進む一方、NASAの競合する火星サンプル・リターン計画は重大な不確実性に直面している。2025年初めに成立した下院歳出法案は、現在のMSR構成を事実上廃止し、サンプル帰還ミッションではなく将来の火星技術研究に1億1,000万ドルを振り向けた。上院は新たなMSR事業を求める承認法案を審議しているものの、米国は2030年代前に火星サンプルを地球に持ち帰る明確な道筋を現在欠いており、中国がこの節目を先に達成し、それに伴う科学的、外交的優位を主張する余地が生まれている。

スケジュールの変化は、科学的威信を超えた戦略的意味を持つ。最初に火星サンプルを地球へ持ち帰った国は、貴重な物質の世界的な研究コミュニティへの最初の配布を管理し、今後数十年にわたって天体生物学研究の方向に影響を与えうる。火星からのサンプルは、太陽系の2つの惑星で生命が独立に発生したかどうかを明らかにする可能性があり、その発見は生物学の理解を根本から変え、宇宙に生命が普遍存在する可能性を示唆する。中国が成功し、他の計画が遅延すれば、国際的パートナーシップとペイロードの機会は北京の宇宙計画に向かってますます集まるかもしれない。

中国の進展は、深宇宙能力が拡大するより広い文脈で起きている。2025年に打ち上げられた天問2号は現在、地球近傍小惑星カモオアレワへ向かう途中で、約7億キロを航行しており、今年中に目標に到達して採取活動を行った後、2027年末までに地球へ帰還する予定だ。さらに先を見据えれば、天問4号は2030年頃の打ち上げが計画され、木星系を研究した後、最終的にこのガス惑星の氷衛星の一つ、カリストの周回軌道に入る。月から火星、そして外惑星系探査へと進むこの着実な展開は、深宇宙科学に対する中国の体系的なアプローチと、宇宙探査への長期的な関与への決意を示している。

試作機から赤い惑星へ

飛行モデルの開発が始まり、試作機が2026年に正式なハードウェア製造へ移行する中、天問3号チームは設計研究から物理的な組み立てへと進んでいる。ミッションの13段階には、地球からの打ち上げ、火星遷移、突入・降下・着陸、表面採取、上昇、火星軌道ランデブー、地球帰還、大気圏再突入が含まれ、それぞれ数億キロにわたる精密な実行を必要とする。プロセス全体は打ち上げから2031年のサンプル帰還まで3年以上に及び、宇宙機は天体生物学上の優先課題を支援する高度な科学ペイロードを搭載する。

ミッションに選定された機器は、生命探索という目的を反映している。着陸機には、地下層を探査する火星地下探査レーダーと、NASAのパーサビアランス・ローバーの機器と同様、有機物質や鉱物を検出するラマン・蛍光分析装置が搭載される。周回機は、専用磁力計と高エネルギー粒子検出器を使って大気の散逸プロセスと磁場を研究し、撮像システムは中間赤外と多波長帯域で地表組成を地図化する。これらの装置は、表面の特徴から内部活動までの環境条件や地質史、生命に関連する元素を対象とする、ミッション科学チームが定めた9つの研究テーマを支える。

開発が進む中、ミッションは国内および海外の科学者に対し、指導部が中国の創造性と国際的影響力の実証と呼ぶ事業への参加を招き続けている。天問3号が古代の火星生命の決定的な証拠を見つけ出すのか、それとも生命はなくとも地質学的に魅力的な世界の物語を伝えるサンプルを持ち帰るのか、ミッションは世代を超えて科学者を悩ませてきた問いに答えをもたらすと期待される。この取り組みは、地球は人類のゆりかごであり続けるが、私たちは永遠にゆりかごに留まるわけにはいかないという哲学に沿って、人類が地球の外へ進む次のステップを示している。