行星环境模拟装置是连接地球实验室与地外探测之间的桥梁。通过在实验室条件下协同控制目标天体的多种环境参数，该类模拟装置可与遥感探测、就位探测以及陨石和地球类比研究形成互补，为认识地外环境过程、评估行星宜居性、探寻地外生命信号以及验证探测载荷等提供关键的技术支撑。随着行星探测与行星科学研究的快速发展，未来任务对地面预研平台提出了更高要求，既能复现行星气压与周期性温度变化，也能兼顾紫外辐射、湿度与磁场等多个环境参数的协同控制。

近日，中国科学院地质与地球物理研究所行星科学与前沿技术重点实验室的申建勋副研究员、林巍研究员等与中国科学院国家空间科学中心王超副研究员团队合作，成功研制出一套火星环境模拟装置Mars Artificial Simulator（简称MArS）。MArS采用模块化结构，由真空舱体、温度控制系统、真空控制系统、气体与成分控制系统、光源辐射系统、湿度控制系统、弱磁控制系统、样品转台与在线换样机构、观测与分析系统以及软件控制系统等十个子系统组成（图1），舱内配备直径55 cm的样品转盘，可同时承载18个直径9 cm的样品容器，并支持长时间连续实验运行。该装置能够综合模拟火星及其他天体的温度、气压、气氛、湿度、辐射和磁场等关键环境参数，为天体生物学研究和未来行星探测任务提供了地面实验支撑。

图1 火星环境模拟装置MArS的（A）实物图与（B）模块结构模式图

在关键环境参数上，MArS实现了多种行星环境要素的协同稳定控制。温度-150至+200 °C，可覆盖火星表面、金星高层大气及部分冰天体环境，并能模拟周期性温度循环，如火星赤道至中纬度区典型的昼夜温度变化（图2A）；气压最低可至<10^-3 Pa，稳定性±20%，满足火星外逸层模拟需求（图2B）；气体经双注气口引入预混气体，由残余气体质谱仪实时监控，可模拟火星及其他行星的大气组分；相对湿度最低可控制在~0.01%（图2B）；氙灯配合匀光器与分段滤光片，可均匀输出UV-C、UV-B、UV-A和可见光等单谱段照射以及宽谱辐照条件，以模拟火星等天体表面的辐射通量（图2C）；三轴亥姆霍兹线圈可有效屏蔽地磁场，并产生约50 nT至10,000 nT的可控单轴弱磁场（中心区稳定性优于50 nT/0.5 h），由三轴磁通门与配套校准模块保障精度（图2D）。

图2 MArS模拟（A）温度、（B）气压与湿度、（C）紫外辐射、（D）磁场等关键行星环境参数

在样品处理与长期实验方面，MArS创新性地配置了样品交换闸阀（load-lock）、闸阀升降机构与辅助真空舱，可在不破坏主舱环境的前提下随时取送样品，既保持真空与气体组分稳定，又避免反复破空造成的扰动与污染。舱内还配有三轴机械臂和预留光纤接口，配合多参数可编程监控面板，可实现长期模拟、原位观测与低扰动取样的“一站式”操作。

MArS 作为面向天体生物学与行星探测的综合地面模拟装置，可在生命信号保存与检测、行星宜居性评估、载荷与仪器定标、生命生存极限研究等多个方向支撑研究，服务涵盖硬件测试到地外宜居环境与生命信号探测基础科学研究等各类需求。