随着深空探测由遥感走向原位取样返回，精确量化火星表面采样过程中释放的挥发分通量，对揭示火星气候演化及寻找地外生命痕迹具有重要科学价值。然而，火星表面大气压仅约600Pa，不到地球海平面大气压的百分之一，属于极稀薄大气环境。在此环境条件下，分子扩散与风场驱动共同影响气体输运过程，且风场的作用十分突出。如果仍采用假设气体在静止环境中均匀扩散的传统模型，就会在实际测量中产生较大的系统偏差。
针对这一关键技术瓶颈，空间中心探测室科研人员构建了火星环境三维多物理场全耦合数值模型，定量揭示了风场动压在火星气体输运的主导作用。研究表明，在典型火星风速下，采样期间释放的气体在着陆器遮挡的复杂环境中会形成高度非对称的下风向锥状羽流（见图1），即一种随风扩散的气体云团。团队系统性地验证并提炼出了适用于火星着陆器场景的流场分布特征：在火星稀薄大气中，远场气体浓度随风速呈逆幂律衰减规律，而下风向横截面上的气体扩散符合高斯分布模型（见图2）。
基于上述定量物理规律，提出了一种融合实时风速、风向数据的风场修正与源强反演方法。同时，基于高斯分布特征，给出了明确的传感器工程布局指南——部署在主导下风向±30o的核心锥角扇区内（见图2），以最大程度降低采样偏差。
相关研究成果发表在国际行星科学期刊Icarus上。该成果为我国未来火星采样任务的气体监测载荷设计与数据定量化反演提供了理论框架与工程指导，为深空探测任务的科学目标实现提供了重要支撑。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001910352600223X?dgcid=author
图1. 火星复杂风场环境下着陆器下方的气体羽流三维分布规律。展示了不同风速与风向条件下，着陆器几何构型对气体流场的扰动效应，凸显了风场在火星低压环境中对气体输运与稀释的主导地位
图2. 羽流横截面浓度的高斯分布关系与±30°传感器部署判据。仿真结果表明，下风向气体浓度随偏航角呈现高斯分布特征，超出±30°核心区后信号迅速衰减。该物理边界直接确立了传感器部署的最佳扇区范围，可显著降低采样偏差