Návratová mise na Mars - Mars sample-return mission

Návrat vzorku Marsu - koncept umělce

Mars sample-return ( MSR ) mise je navrhován spaceflight mise ke sběru hornin a prachu vzorky na Marsu a vrátit je na Zemi . Návrat vzorků by byl velmi silným typem průzkumu, protože analýza je zbavena časových, rozpočtových a vesmírných omezení senzorů kosmických lodí.

Bylo studováno mnoho koncepčních misí, ale žádná z nich se nedostala mimo studijní fázi. Tři nejaktuálnější koncepce mise MSR jsou návrh NASA - ESA , čínský návrh a ruský návrh Mars -Grunt . V roce 2021 jsou plány NASA a ESA na vrácení vzorků na Zemi stále ve velmi rané fázi, vzorky jsou na Marsu shromažďovány vozem Perseverance .

Vědecká hodnota

Mars meteority v přírodovědném muzeu ve Vídni

Návrat vzorků Marsu by prospěl vědě tím, že by umožnil provést rozsáhlejší analýzu vzorků, než by bylo možné provést pomocí přístrojů pečlivě přenášených na Mars. Přítomnost vzorků na Zemi by také umožnila použití vědeckého vybavení na uložených vzorcích, a to i roky a desetiletí po misi pro návrat vzorků.

V roce 2006 skupina pro průzkum programu Mars Exploration Program Analysis Group identifikovala 55 důležitých budoucích vědeckých výzkumů souvisejících s průzkumem Marsu. V roce 2008 dospěli k závěru, že přibližně polovinu vyšetřování „by mohla MSR řešit v té či oné míře“, což z MSR učinilo „jedinou misi, která by nejvíce pokročila směrem k celému seznamu“ vyšetřování. Navíc bylo zjištěno, že významnou část vyšetřování nelze smysluplně pokročit bez vrácených vzorků.

Jeden zdroj vzorků Marsu je považován za marťanské meteority , což jsou kameny vyvržené z Marsu, které se dostaly na Zemi. V dubnu 2019 bylo jako Marťan identifikováno 266 meteoritů, z více než 61 000 známých meteoritů. Předpokládá se, že tyto meteority pocházejí z Marsu, protože mají elementární a izotopické složení podobné horninám a plynům atmosféry analyzovaným kosmickými loděmi na Marsu.

V roce 1996 se zvýšila možnost života na Marsu, když se předpokládalo, že v meteoritu na Marsu ALH84001 byly nalezeny zjevné mikrofosilie . Tato hypotéza byla nakonec zamítnuta, ale v době, kdy objev vedl k obnovenému zájmu o návrat vzorku Marsu, bylo zvažováno několik různých architektur.

Dějiny

Umělecký koncept mise na návrat vzorku na Mars, 1993

Vědci již nejméně tři desetiletí obhajují návrat geologických vzorků z Marsu. Jedním z prvních konceptů byl návrh Sbírky vzorků pro vyšetřování Marsu (SCIM), který zahrnoval vyslání kosmické lodi pasoucím se průchodem horní atmosférou Marsu, aby sbíral vzorky prachu a vzduchu bez přistání nebo obíhání.

Sovětský svaz zvažoval návratovou misi na Mars Mars 5NM v roce 1975, ale byla zrušena kvůli opakovaným selháním rakety N1, která by byla použita k jejímu startu. Další mise pro návrat vzorků, Mars 5M (Mars-79), plánovaná na rok 1979, byla zrušena kvůli složitosti a technickým problémům.

Koncept mise byl zvažován programem NASA Mars Exploration Program vrátit vzorky do roku 2008, ale byl zrušen po přezkoumání programu. V létě roku 2001 si Jet Propulsion Laboratory (JPL) vyžádala koncepce a návrhy misí od průmyslově vedených týmů ( Boeing , Lockheed Martin a TRW ). Té následující zimy JPL předložil podobné požadavky některých univerzitních kateder leteckého inženýrství ( MIT a University of Michigan ). O deset let později byla koncepční mise NASA-ESA v roce 2012 zrušena.

Spojené státy jsou Mars Exploration Program , vytvořený po Mars Observer je selhání v září 1993 podpořila návrat vzorku Mars. Jednu architekturu navrhl Glenn J. MacPherson na počátku roku 2000.

Na začátku roku 2011, US National Research Council ‚s Planetary Science mezidekádovou Survey , což je stanoveno priority plánování mise pro období 2013-2022, vyhlášena MSR kampaň jeho nejvyšší prioritou stěžejní mise pro toto období. Zejména schválila navrhovanou misi Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C) v „descoped“ (méně ambiciózní) formě. Tento plán mise byl oficiálně zrušen v dubnu 2011. V září 2012 skupina pro plánování programu Mars schválila návrat vzorku po vyhodnocení dlouhodobých plánů na Marsu.

Klíčovým požadavkem mise pro misi roveru Mars 2020 Perseverance bylo, že musí pomoci připravit NASA na její kampaň MSR. Toto úsilí bude vyžadovat další tři vozy: o orbiter , načtení rover a dvoustupňové , tuhé palivo Mars Ascent Vehicle (MAV).

Koncept NASA – ESA

Mars Sample Return Campaign
(umělecká díla; 30. září 2021)

Časová osa návratové kampaně na Mars

V polovině roku 2006 byla pracovní skupina International Mars Architecture for the Return of Samples (iMARS) objednána Mezinárodní pracovní skupinou pro průzkum Marsu (IMEWG), aby nastínila vědecké a technické požadavky mezinárodně sponzorované a realizované mise pro návrat vzorků na Mars v časové období 2018–2023.

V říjnu 2009 založily NASA a ESA společnou iniciativu pro průzkum Marsu, aby pokračovala v programu ExoMars , jehož konečným cílem je „návrat vzorků z Marsu v roce 2020“. První mise ExoMars by odstartovala v roce 2018 s blíže nespecifikovanými misemi na vrácení vzorků v časovém rámci 2020–2022. Zrušení mezipaměti roveru MAX-C a pozdější odstoupení NASA z ExoMars odsunulo návratovou misi vzorků na neurčené datum. Z důvodu rozpočtových omezení byla mise MAX-C zrušena v roce 2011 a celková spolupráce v roce 2012. Výsuv byl pro vědeckou komunitu popsán jako „traumatický“.

V září 2012 NASA oznámila svůj záměr dále studovat několik strategií přivezení vzorku Marsu na Zemi-včetně scénáře vícenásobného startu, scénáře jednoho startu a scénáře více roverů-pro misi začínající již v roce 2018. Rovery Mars 2020 by shromáždily a uložily do mezipaměti desítky vzorků a byly by ponechány na povrchu Marsu pro případné pozdější získání. „Přistávací rover“ by získal mezipaměti vzorků a doručil je do vozidla na výstup na Mars (MAV). V červenci 2018 NASA zadala společnosti Airbus smlouvu na výrobu konceptu „aport rover“.

MAV by odstartoval z Marsu a vstoupil na oběžnou dráhu 500 km a setkal se s novým orbiterem Marsu . Kontejner se vzorkem by byl přenesen do vozidla pro vstup na Zemi (EEV), které by jej přivedlo na Zemi, vstoupilo by do atmosféry na padáku a na pevnině k vyhledání a analýzám ve speciálně navržených bezpečných laboratořích.

O několik let později se družice Mars bude zahájen, po němž následuje přistávací modul nesoucí dvoustupňové , tuhé palivo Mars Ascent Vehicle (MAV). Přistávací modul by přinesl malý a jednoduchý „aportovací vozík“, jehož jedinou funkcí by bylo načíst nádoby se vzorky z mezipaměti ponechané na povrchu nebo přímo z vozítka Perseverance a vrátit je do přistávacího modulu, kde by byl naložen na MAV pro doručení na orbiter a poté bude odesláno na Zemi.

Tento návrh by usnadnil rozvrh celého projektu, což by poskytlo kontrolérům čas a flexibilitu k provedení požadovaných operací. Kromě toho se program mohl spolehnout na úspěšný přistávací systém vyvinutý pro Mars Science Laboratory , čímž se vyhnul nákladům a rizikům spojeným s vývojem a testováním dalšího přistávacího systému od nuly.

V dubnu 2018 byla NASA a ESA podepsána smlouva o záměru, která může poskytnout základ pro misi na návrat vzorku na Mars. V červenci 2019 byla navržena architektura mise, která má do roku 2031 vrátit vzorky na Zemi

V dubnu 2020 byla představena aktualizovaná verze mise:

Vytrvalostní rover Mars 2020

Mars 2020 Vytrvalost rover zahájena dne 30. července 2020 a přistál dne 18. února 2021 v Jezero Crater bude sbírat vzorky a ukládat je do 43 válcových trubek a nechat za sebou na plochu pro pozdější použití.

Umělcova koncepce Marsu pro návrat přistávacího modulu, roveru a stoupací rakety

Po startu v červenci 2026 přistávací modul NASA pro vyhledávání vzorků s 3 metry dlouhou, dvoustupňovou, vzestupnou raketou na Mars vyvinutou NASA a roverem pro odběr vzorků (vyvinutý společností ESA). Přistane poblíž roveru Mars 2020 Octavia E. Butler Landing v srpnu 2028. Nový rover sbírá vzorky, které po sobě zanechal Mars 2020, pomocí robotické paže a doručuje je přistávacímu modulu. Pokud je Mars 2020 stále v provozu, mohl by také doručit zkumavky se vzorky na místo přistání.

Design of the Mars Sample Return Ascent Vehicle, The First Extraterrestrial Staging Rocket
Poté přistávací modul použije své robotické rameno k odebrání zkumavek se vzorkem z roveru a poté je naloží do návratové kapsle na vzorky, která je uvnitř kapotáže rakety pomocí vlastních systémů. Jakmile je naložena se vzorkem, vzlétne raketa na Mars s vratnou nádobou na vzorky na jaře 2029 a dosáhne nízké oběžné dráhy na Marsu.
Oběžná dráha Země pro návrat Země vypouští na raketu Ariane 6 v říjnu 2026 a na Mars dorazí v roce 2027, přičemž pomocí iontového pohonu a samostatného pohonného prvku postupně sníží svoji oběžnou dráhu na správnou nízkou oběžnou dráhu Marsu do července 2028. Oběžná dráha bude načíst a zapečetit kanystr se vzorky na oběžné dráze a pomocí robotického ramene NASA postaveného na oběžnou dráhu umístit zapečetěný kontejner do kapsle pro vstup na Zemi, zvednout jeho oběžnou dráhu, uvolnit pohonný prvek a vrátit jej na Zemi během roku 2031 Mars-to- Okno přenosu Země.

Umělecký koncept orbiteru pro návrat vzorku Marsu, pohonného prvku, oběžné nádoby se vzorkem a kapsle pro návrat vzorku

Návratová nádoba na vzorky zapouzdřená v kapsli pro opětovný vstup na Zemi přistane na Zemi později v roce 2031.

Vzorky shromážděné Perseverence vozítko

„ Rochette “ skála s vrty z úspěšných pokusů o odběr vzorků (10. září 2021)

V roce 2021 Mars Rover Perseverance v únoru 2021 přistál v kráteru Jezero , který vypadal jako starodávné dno jezera, vhodné pro pozemní odběr vzorků, které by snad odhalily, zda Mars ve starověku choval život.

Na začátku srpna 2021 provedl Mars Rover Perseverance 2020 první pokus o shromáždění pozemního vzorku vyvrtáním jádra marťanské horniny o velikosti prstu pro návrat na Zemi. Tento pokus nebyl úspěšný. Byla vytvořena vyvrtaná díra, jak naznačují údaje z přístrojů, a dokládá to jasná fotografie vyvrtané díry. Ukázalo se však, že nádoba na vzorek je prázdná. To bylo interpretováno tak, že to naznačuje, že odebraný kámen nebyl dostatečně robustní, aby vytvořil neporušené jádro.
Nový pokus s cílovou horninou, která má větší šanci získat dostatečně robustní vzorek, byl proveden na konci srpna a na začátku září 2021. Po obrusení cílové horniny bylo odstranění takto vzniklého prachu pomocí obláčků vysokých pod tlakem dusíku a při kontrole výsledného povrchu horniny byla 1. září vyvrtána díra. Výsledkem byl vzorek horniny v trubce; ale nebyl okamžitě umístěn do nádoby se vzorkem. Byl proveden nový postup optické kontroly tuby. Tento postup byl zaveden, aby se předešlo neúspěchům jako u předchozího pokusu. 6. září byl proces dokončen a první vzorek umístěn do uzavřené titanové nádoby.

Na podporu mise na návrat vzorků na Mars jsou vzorky půdy ukládány do mezipaměti pomocí Vytrvalosti . V současné době je ze 43 zkumavek na vzorky uloženo do mezipaměti zkumavek se vzorky půdy: 2, zkumavek se vzorky plynu do mezipaměti: 1, zkumavek se svědky do mezipaměti: 1, zkumavek, které mají být ukládány do mezipaměti: 39. Před spuštěním bylo 5 ze 43 zkumavek označeno jako „svědkové zkumavky“ a naplněné materiály, které by zachytávaly částice v okolním prostředí Marsu.


Odebrány vzorky	datum	Obsah	Rockové jméno	Umístění	Poznámky
Trubice 1	7. července 2021	Svědek Tube	N/A	Jednotka Severní Séítah	To bylo bráno jako běh na sucho v rámci přípravy na pozdější pokusy o odběr vzorků a nemělo to za cíl odebrat vzorky horniny.
Trubice 2	5. srpna 2021	Atmosférický plyn	Roubion	Frakturovaná hrubá jednotka na kráterové podlaze	Pokus o vyzkoušení skály, ale neuspěl
Trubice 3	1. září 2021	Vzorek půdy	Rochette	Citadelle, jednotka South Séítah	První úspěšný vzorek.
Trubice 4	8. září 2021	Vzorek půdy	Rochette	Citadelle, jednotka South Séítah	Vzorkované ze stejné skály jako předchozí.

Další plány

Čína

Čína zvažuje návratovou misi na Mars do roku 2030. V plánu na rok 2017 je vypustit velkou kosmickou loď, která by mohla provádět všechny fáze mise, včetně odběru vzorků, výstupu z Marsu, setkání na oběžné dráze Marsu a letu zpět k zemi. Taková mise by vyžadovala nosnou raketu s dlouhým 9. březnem super-heavy-lift . Potřebné technologie byly testovány během mise Tianwen-1 zahájené v roce 2020. Alternativní plán oznámený v roce 2019 zahrnuje využití mise HX-1 2020 pro uložení vzorků do mezipaměti pro získání v roce 2030. Tyto vzorky by byly získány přistávacím zařízením pro sběr vzorků s Marsem výstupové vozidlo vypuštěné v listopadu 2028 na Long March 3B a shromážděné na oběžné dráze Marsu pomocí Earth Return Orbiter vypuštěného na Long March 5 také v listopadu 2028, s návratem na Zemi v září 2031.

Francie

Francie usilovala o návrat vzorků po mnoho let. To zahrnovalo koncepty zařízení pro mimozemské zpracování vzorků pro vrácené vzorky a řadu návrhů. Pracovali na vývoji orbiteru pro návrat vzorků na Mars, který by zachytil a vrátil vzorky v rámci společné mise buď se Spojenými státy, nebo s jinými evropskými zeměmi.

Japonsko

Dne 9. června 2015 japonská agentura pro průzkum vesmíru (JAXA) představila plán nazvaný Martian Moons Exploration (MMX) pro získání vzorků z jednoho z měsíců Marsu. Tato mise bude stavět na odborných znalostech, které lze získat z misí Hayabusa2 a SLIM . Ze dvou měsíců je oběžná dráha Phobosu blíže Marsu a na jejím povrchu mohou ulpět částice odstřelené z rudé planety; vzorky Phobos odebrané MMX mohou obsahovat materiál pocházející z Marsu samotného. Start ze Země je plánován na září 2024, návrat na Zemi v roce 2029. Japonsko také projevilo zájem o účast v mezinárodní misi na návrat vzorku Marsu.

Rusko

Ruský koncept mise pro návrat vzorku na Mars je Mars-Grunt . Je určen k použití dědictví designu Fobos-Grunt . Plány z roku 2011 počítaly s dvoustupňovou architekturou s orbiterem a landerem (ale bez možnosti rovingu), se vzorky shromážděnými z bezprostředního okolí landeru pomocí robotické paže.

Potenciál zpětné kontaminace

Jelikož v současné době není známo, zda na Marsu existují formy života , mise by mohla potenciálně přenášet životaschopné organismy, což by vedlo ke zpětné kontaminaci - zavedení mimozemských organismů do biosféry Země . Vědecký konsensus je, že potenciál pro rozsáhlé efekty, ať už patogenezí nebo ekologickým narušením, je extrémně malý. Vrácené vzorky z Marsu budou považovány za potenciálně biologicky nebezpečné, dokud vědci nerozhodnou, že vrácené vzorky jsou bezpečné. Cílem je snížit pravděpodobnost uvolnění částice Marsu na méně než jeden z milionu.

Navržená mise pro návrat vzorku NASA na Mars nebude schválena NASA, dokud nebude dokončen proces národního zákona o environmentální politice (NEPA). Kromě toho, za podmínek článku VII Smlouvy o vesmíru a pravděpodobně různých dalších právních rámců, pokud by došlo k uvolnění organismů, národ nebo národy, které by uvolňovaly, by byly odpovědné za jakékoli následné škody.

Součástí mise návratu vzorku by bylo zabránit kontaktu mezi marťanským prostředím a vnějším prostorem nádoby se vzorkem. Aby se eliminovalo riziko selhání padáku, současný plán je použít systém tepelné ochrany k tlumení kapsle při nárazu (při konečné rychlosti ). Kontejner na vzorky bude navržen tak, aby vydržel sílu nárazu. Aby NASA obdržela vrácené vzorky, navrhla speciálně navržené zadržovací zařízení biologické bezpečnosti úrovně 4, zařízení pro příjem vzorku na Mars (MSRRF). Nevědomost, jaké vlastnosti (např. Velikost) mohou mít jakékoli marťanské organismy, je komplikací při návrhu takového zařízení.

Jiní vědci a inženýři, zejména Robert Zubrin ze společnosti Mars , v okrajovém časopise Journal of Cosmology tvrdili, že riziko kontaminace je funkčně nulové a není se čeho obávat. Mimo jiné uvádějí nedostatek jakéhokoli ověřitelného incidentu, přestože mezi Marsem a Zemí byly kvůli dopadům meteoritů vyměněny biliony kilogramů materiálu.

Mezinárodní výbor proti návratu vzorku Marsu (ICAMSR) je malá advokátní skupina vedená Barrym DiGregoriem, který bojuje proti misi na návrat vzorku na Mars. I když ICAMSR uznává nízkou pravděpodobnost biologických nebezpečí, považuje navrhovaná opatření pro omezení za nedostatečná a v této fázi nebezpečná. ICAMSR požaduje nejprve více in situ studií na Marsu a předběžné testování biologického nebezpečí na Mezinárodní vesmírné stanici, než budou vzorky přeneseny na Zemi. DiGregorio podporuje konspirační teorii zakrytí NASA ohledně objevu mikrobiálního života vikingskými přistávači z roku 1976 . DiGregorio také podporuje okrajový názor, že několik patogenů - například běžné viry - pochází z vesmíru a pravděpodobně způsobilo některé z masových vyhynutí a smrtící pandemie . Tato tvrzení spojující pozemské choroby a mimozemské patogeny byla vědeckou komunitou odmítnuta.