Ukázková návratová mise - Sample-return mission

Genesis Rock , vrácený Apollo 15 lunární mise v roce 1971.
Astronauti Apolla pracují na Měsíci, aby sbírali vzorky a zkoumali. Nedaleko kráteru Shorty našli nějaký oranžový lunární regolit.

Sample-return posláním je sonda mise pro sběr a vrátit se vzorky mimozemského místa na Zemi k analýze. Mise s návratem vzorku mohou přinést zpět pouze atomy a molekuly nebo ložisko složitých sloučenin, jako je sypký materiál a horniny. Tyto vzorky lze získat řadou způsobů, jako je hloubení půdy a hornin nebo kolektorové pole používané k zachycování částic slunečního větru nebo kometárního odpadu.

K dnešnímu dni se vzorky měsíční horniny ze zemského Měsíce byly shromážděny pomocí robotické a posádkou mise je kometa Wild 2 a asteroidy 25143 Itokawa a 162.173 Ryugu navštívilo robotické kosmické lodi, která se vrátil vzorky na Zemi, a vzorky slunečního větru mají byly vráceny robotickou misí Genesis . Vzorky z asteroidu 101955 Bennu jsou na cestě zpět na Zemi a mají dorazit v září 2023.

Kromě návratových misí vzorků byly odebrány vzorky ze tří identifikovaných mimozemských těl i jinými způsoby než návratovými misemi: vzorky z Měsíce ve formě lunárních meteoritů , vzorky z Marsu ve formě marťanských meteoritů a vzorky z Vesty ve formě HED meteoritů .

Vědecké využití

Widmanstättenovy obrazce , které lze nalézt v železo-niklové meteority, předpokládá, že mají stejnou klasifikaci jako planetky 16 Psyche .
Meteorit pravděpodobně z asteroidu (4) Vesta, který dopadl na Afriku. Návrat vzorku může pomoci potvrdit analýzu meteoritů a astronomické výsledky.
Další meteorit byl pravděpodobně ze starověkého Marsu

Vzorky dostupné na Zemi lze analyzovat v laboratořích , abychom mohli dále porozumět a poznat v rámci objevu a průzkumu sluneční soustavy . Doposud bylo mnoho důležitých vědeckých objevů o sluneční soustavě prováděno na dálku pomocí teleskopů a některá tělesa sluneční soustavy byla navštívena na oběžné dráze nebo dokonce na přistání kosmické lodi s nástroji schopnými dálkového průzkumu Země nebo analýzy vzorků. I když je takové zkoumání sluneční soustavy technicky jednodušší než mise s návratem vzorků, vědecké nástroje dostupné na Zemi ke studiu takových vzorků jsou mnohem pokročilejší a rozmanitější než ty, které lze použít na kosmických lodích. Analýza vzorků na Zemi dále umožňuje sledování jakýchkoli nálezů pomocí různých nástrojů, včetně nástrojů, které dokážou rozeznat vnitřní mimozemský materiál od pozemské kontaminace a ty, které teprve budou vyvinuty; Naproti tomu kosmická loď může nést pouze omezenou sadu analytických nástrojů a ty je třeba vybrat a postavit dlouho před startem.

Vzorky analyzované na Zemi mohou být porovnány s nálezy dálkového průzkumu, aby získali lepší přehled o procesech, které tvořily sluneční soustavu . Stalo se tak například pomocí zjištění kosmické lodi Dawn , která v letech 2011 až 2012 navštívila asteroid Vesta za účelem zobrazování, a vzorků z meteoritů HED (do té doby sbíraných na Zemi), které byly porovnány s údaji shromážděnými Dawnem. Tyto meteority pak mohly být identifikovány jako materiál vyvržený z velkého impaktního kráteru Rheasilvia na Vesta. To umožnilo odvodit složení kůry, pláště a jádra Vesty. Podobně lze určité rozdíly ve složení asteroidů (a v menší míře i různých složení komet ) rozeznat pouhým zobrazením. Pro přesnější inventář materiálu na těchto různých tělech bude v budoucnu odebráno a vráceno více vzorků, aby jejich složení odpovídalo údajům shromážděným pomocí dalekohledů a astronomické spektroskopie .

Dalším zaměřením takového zkoumání - kromě základního složení a geologické historie různých těles sluneční soustavy - je přítomnost stavebních kamenů života na kometách, asteroidech, Marsu nebo měsících plynných obrů . V současné době se pracuje na několika návratových misích k asteroidům a kometám. Více vzorků z asteroidů a komet pomůže určit, zda se život vytvořil ve vesmíru a byl na Zemi přenesen meteority. Další zkoumanou otázkou je, zda se mimozemský život vytvořil na jiných tělesech Sluneční soustavy, jako je Mars, nebo na měsících plynných obrů , a zda tam vůbec může existovat život. Výsledkem posledního „Dekadálního průzkumu“ NASA bylo upřednostnit misi na návrat vzorku Marsu, protože Mars má zvláštní význam: je poměrně „blízko“, možná v minulosti skrýval život a dokonce by mohl život i nadále udržovat. Jupiterův měsíc Evropa je dalším důležitým bodem při hledání života ve sluneční soustavě. Vzhledem ke vzdálenosti a dalším omezením však Evropa nemusí být v dohledné budoucnosti cílem mise pro návrat vzorků.

Planetární ochrana

Planetární ochrana si klade za cíl zabránit biologické kontaminaci jak cílového nebeského tělesa, tak i Země v případě návratových misí vzorků. Návrat vzorku z Marsu nebo jiného místa s potenciálem hostit život je misí kategorie V pod COSPAR , která směřuje k zadržování jakéhokoli nesterilizovaného vzorku vráceného na Zemi. Je to proto, že není známo, jaké účinky by takový hypotetický život měl na lidi nebo biosféru Země. Z tohoto důvodu Carl Sagan a Joshua Lederberg v 70. letech tvrdili, že bychom měli s extrémní opatrností provádět mise s návratem vzorků klasifikované jako mise kategorie V a pozdější studie NRC a ESF souhlasily.

Ukázkové návratové mise

První mise

Apollo 11 byla první misí, která vrátila mimozemské vzorky.
Měsíční skála z interpretačního znamení Apolla 15 .
Měsíční skála z Apolla 15 v návštěvnickém centru NASA Ames .

Program Apollo vrátil do lunární přijímací laboratoře v Houstonu přes 382 kg (842 liber) měsíčních hornin a regolitu (včetně lunární „půdy“ ) . Dnes je 75% vzorků uloženo v Lunar Sample Laboratory Facility postaveném v roce 1979. V červenci 1969 dosáhla Apollo 11 prvního úspěšného návratu vzorku z jiného tělesa sluneční soustavy. Vrátilo přibližně 22 kilogramů lunárního povrchového materiálu. Následovalo 34 kilogramů (75 lb) materiálu a Surveyor 3 dílů z Apolla 12 , 42,8 kilogramů (94 lb) materiálu z Apolla 14 , 76,7 kilogramů (169 lb) materiálu z Apolla 15 , 94,3 kilogramu (208 lb) materiálu z Apolla 16 a 110,4 kilogramů (243 liber) materiálu z Apolla 17 .

K jednomu z nejvýznamnějších pokroků v návratových misích vzorků došlo v roce 1970, kdy robotická sovětská mise známá jako Luna 16 úspěšně vrátila 101 gramů měsíční půdy. Stejně tak Luna 20 vrátila 55 gramů (1,9 oz) v roce 1974 a Luna 24 vrátila 170 gramů (6,0 oz) v roce 1976. Ačkoli se zotavily mnohem méně než mise Apollo, udělaly to plně automaticky. Kromě těchto tří úspěchů další pokusy v rámci programu Luna selhaly. První dvě mise měly překonat Apollo 11 a byly provedeny krátce před nimi v červnu a červenci 1969: Luna E-8-5 č. 402 selhala při startu a Luna 15 havarovala na Měsíci. Později selhaly další návratové mise vzorků: Kosmos 300 a Kosmos 305 v roce 1969, Luna E-8-5 č. 405 v roce 1970, Luna E-8-5M č. 412 v roce 1975 měly neúspěšné starty a Luna 18 v roce 1971 a Luna 23 v roce 1974 měla neúspěšné přistání na Měsíci.

V roce 1970 Sovětský svaz plánoval v roce 1975 první marťanskou misi na návrat vzorků v projektu Mars 5NM . Tato mise měla v plánu použít raketu N1 , ale protože tato raketa nikdy nelétala úspěšně, mise se vyvinula do projektu Mars 5M , který by využil dvojitý start s menší raketou Proton a sestavou na vesmírné stanici Saljut . Tato mise Mars 5M byla naplánována na rok 1979, ale byla zrušena v roce 1977 kvůli technickým problémům a složitosti; veškerý hardware byl nařízen zničený.

90. léta 20. století

Experiment Orbital Debris Collection (ODC) rozmístěný na vesmírné stanici Mir po dobu 18 měsíců v letech 1996–97 použil aerogel k zachycení částic z nízké oběžné dráhy Země, včetně meziplanetárního prachu a částic vytvořených člověkem.

2000s

Umělecké ztvárnění Genesis shromažďující sluneční vítr .

Další misí na vrácení mimozemských vzorků byla mise Genesis , která v roce 2004 vrátila vzorky slunečního větru na Zemi mimo oběžnou dráhu Země. Kapsle Genesis bohužel při opětovném vstupu do zemské atmosféry nedokázala otevřít padák a přistála v Utahu poušť. Existovaly obavy z vážné kontaminace nebo dokonce z úplné ztráty mise, ale vědcům se podařilo zachránit mnoho vzorků. Byli první, kdo byl shromážděn mimo lunární oběžnou dráhu. Genesis použil sběratelské pole vyrobené z oplatek z ultra čistého křemíku , zlata , safíru a diamantu . Každá jiná oplatka byla použita ke sběru jiné části slunečního větru .

Ukázková návratová kapsle z mise Stardust

Genesis byl následován NASA ‚s Stardust kosmické lodi, který se vrátil komet vzorky na Zemi dne 15. ledna 2006. To bezpečně prošel komety Wild 2 a sbíral vzorky prachu z komety kómatu , zatímco zobrazovací jádra komety. Stardust použil kolektorové pole vyrobené z aerogelu s nízkou hustotou (99% z toho je prostor), který má asi 1/1 000 hustoty skla. To umožňuje sběr kometárních částic, aniž by došlo k jejich poškození v důsledku vysokých nárazových rychlostí. Srážky částic s dokonce i mírně porézními sběrači pevných látek by měly za následek zničení těchto částic a poškození sběrného zařízení. Během plavby shromáždilo pole nejméně sedm mezihvězdných prachových částic.

2010 a 2020

V červnu 2010 sonda Hayabusa Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) vrátila vzorky asteroidů na Zemi po setkání s (a přistáním na) asteroidu typu S 25143 Itokawa . V listopadu 2010 vědci agentury potvrdili, že navzdory selhání vzorkovacího zařízení sonda získala mikrogramy prachu z asteroidu, prvního přivezeného zpět na Zemi v původním stavu.

Ruský Fobos-Grunt byl neúspěšnou misí pro návrat vzorků určenou k návratu vzorků z Phobosu , jednoho z měsíců Marsu. Byla vypuštěna 8. listopadu 2011, ale nedokázala opustit oběžnou dráhu Země a po několika týdnech se zřítila do jižního Tichého oceánu.

OSIRIS-REx odebrání vzorku z asteroidů 101955 Bennu
- ( plné velikosti obrazu )

Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) zahájila vylepšené Hayabusa2 družice dne 3. prosince 2014. Hayabusa2 dorazil do cíle téměř Earth C-type asteroidu 162173 Ryugu (dříve označený 1999 JU 3 ) Dne 27. června 2018. To zkoumal planetku rok a půl a odebíral vzorky. V listopadu 2019 opustil asteroid a 6. prosince 2020 se vrátil na Zemi.

OSIRIS-REx Mise byla zahájena v září 2016 na misi k návratu vzorky z asteroidu 101955 Bennu . Očekává se, že vzorky vědcům umožní dozvědět se více o době před zrozením sluneční soustavy, počátečních fázích formování planety a zdroji organických sloučenin, které vedly ke vzniku života. Do blízkosti Bennu se dostal 3. prosince 2018, kde během několika příštích měsíců začal analyzovat svůj povrch pro cílovou oblast vzorku. Svůj vzorek shromáždila 20. října 2020 a očekává se, že se na Zemi vrátí 24. září 2023.

Vzorek měsíční půdy odebraný čínskou misí Chang'e 5 vystavenou na Airshow China 2021.
Vzorek měsíční půdy odebraný čínskou misí Chang'e 5 vystavenou na Airshow China 2021.

Čína zahájila 23. listopadu 2020 misi na návrat lunárního vzorku Chang'e 5 , která se 16. prosince 2020 vrátila na Zemi s 2 kilogramy měsíční půdy. Jednalo se o první návrat lunárního vzorku za více než 40 let.

Budoucí mise

Výstupní vozidlo v ochranném plášti, design 2009 ESA-NASA.

Rusko má v plánu mise Luna-Glob vrátit vzorky z Měsíce do roku 2027 a Mars-Grunt vrátit vzorky z Marsu koncem roku 2020.

JAXA vyvíjí misi MMX, misi s návratem vzorků na Phobos, která bude zahájena v roce 2024. MMX bude studovat oba měsíce na Marsu , ale přistání a sběr vzorků bude na Phobosu. Tento výběr byl proveden kvůli dvěma měsícům, oběžná dráha Phobosu je blíže Marsu a jeho povrch může mít částice odstřelené z Marsu. Vzorek tedy může obsahovat materiál pocházející z Marsu samotného. Očekává se, že pohonný modul nesoucí vzorek se vrátí na Zemi přibližně v září 2029.

Čína zahájí návratovou lunární ukázku lunárního vzorku Chang'e 6 v roce 2023.

Čína má plány na návratovou misi vzorku Marsu do roku 2030. Čínská kosmická agentura také navrhuje misi pro vyhledávání vzorků z Ceres, která by se uskutečnila v průběhu 20. let 20. století.

NASA dlouho plánovala misi na návrat Marťanů na vzorky , ale ještě musí zajistit rozpočet na úspěšné navržení, stavbu, vypuštění a přistání takové sondy. Mise zůstala na plánu NASA pro planetární vědu od Dekadálního průzkumu planetární vědy 2013 . Vytrvalost rover, který byl zahájen v roce 2020, bude shromažďovat vrtné jádro vzorky a skrýš je na povrchu Marsu od 2023. Společný NASA- ESA mise je vrátit je plánováno na konci dvacátých let, skládající se z přistávacího modulu získat vzorky a zvýšit jejich na oběžnou dráhu a orbiter, který je vrátí na Zemi.

Návratové mise komety jsou i nadále prioritou NASA. Návrat vzorku komety byl jedním ze šesti témat pro návrhy čtvrté mise NASA New Frontiers v roce 2017.

Metody návratu vzorku

Animace pohybu ramene TAGSAM

Metody návratu vzorku zahrnují, ale nejsou omezeny na následující:

Sběratelské pole Genesis sestávající z mřížky ultračistých oplatek ze silikonu, zlata, safíru a diamantu

Sběratelské pole

Kolektorové pole lze použít ke shromažďování milionů nebo miliard atomů, molekul a jemných částic pomocí oplatek vyrobených z různých prvků. Molekulární struktura těchto oplatek umožňuje sběr částic různých velikostí. Sběratelská pole, jako jsou ta, která létají na Genesis , jsou velmi čistá, aby byla zajištěna maximální účinnost sběru, trvanlivost a analytická rozlišitelnost.

Sběratelská pole jsou užitečná pro sběr drobných, rychle se pohybujících atomů, jako jsou ty, které Slunce vyhání slunečním větrem, ale lze je také použít pro sběr větších částic, jako jsou ty, které se nacházejí v komatu komety. Tuto techniku ​​implementovala kosmická loď NASA známá jako Stardust . Kvůli vysokým rychlostem a velikosti částic tvořících koma a blízké oblasti však nebylo husté pole kolektorů v pevné fázi životaschopné. V důsledku toho musel být navržen další prostředek pro sběr vzorků, aby byla zachována bezpečnost kosmické lodi i samotných vzorků.

Aerogel

Částice zachycená v aerogelu

Aerogel je porézní látka na bázi oxidu křemičitého se strukturou podobnou houbě, jejíž 99,8% objemu tvoří prázdný prostor. Aerogel má asi 1/1 000 hustoty skla. Ve vesmírné lodi Stardust byl použit aerogel, protože prachové částice, které měla kosmická loď sbírat, by měly rychlost nárazu asi 6 km/s. Srážka s hustou pevnou látkou při této rychlosti by mohla změnit jejich chemické složení nebo je možná úplně vypařit.

Vzhledem k tomu, že aerogel je většinou průhledný a částice opouštějí dráhu ve tvaru mrkve, jakmile proniknou na povrch, mohou je vědci snadno najít a získat. Protože jeho póry jsou v nanometrovém měřítku, částice, dokonce i ty menší než zrnko písku, neprocházejí aerogelem úplně. Místo toho zpomalí až zastaví a pak jsou do něj vloženy. Stardust kosmická loď má tenisovou raketu- tvaru písmene kolektor s aerogel je k němu připojeno. Sběrač je zatažen do své kapsle pro bezpečné skladování a doručení zpět na Zemi. Aerogel je poměrně silný a snadno přežije jak vypouštěcí, tak vesmírné prostředí.

Robotický výkop a návrat

Mezi nejrizikovější a nejobtížnější typy misí s návratem vzorků patří ty, které vyžadují přistání na mimozemském těle, jako je asteroid, měsíc nebo planeta. Realizace takových plánů vyžaduje hodně času, peněz a technických schopností. Je to obtížný čin, který vyžaduje, aby bylo vše od startu po přistání po získání a start zpět na Zemi naplánováno s vysokou přesností a přesností.

Tento typ návratu vzorku, přestože má největší rizika, je pro planetární vědu nejvděčnější. Kromě toho mají tyto mise velký potenciál veřejného dosahu, což je důležitý atribut pro průzkum vesmíru, pokud jde o veřejnou podporu. Jedinými úspěšnými robotickými návratovými misemi tohoto typu byly sovětské přistávací lodě Luna a čínské Chang'e 5 .

Seznam misí

Posádky s posádkou

Datum spuštění Operátor název Původ vzorku Ukázky se vrátily Datum zotavení Výsledek mise
16. července 1969  Spojené státy Apollo 11 Měsíc 22 kilogramů (49 liber) 24.července 1969 Úspěšný
14. listopadu 1969 Spojené státy Spojené státy Apollo 12 Měsíc 34 kilogramů (75 liber) a Surveyor 3 díly 24. listopadu 1969 Úspěšný
11. dubna 1970 Spojené státy Spojené státy Apollo 13 Měsíc - 17. dubna 1970 Selhalo
31. ledna 1971 Spojené státy Spojené státy Apollo 14 Měsíc 43 kilogramů (95 liber) 09.02.1971 Úspěšný
26. července 1971 Spojené státy Spojené státy Apollo 15 Měsíc 77 kilogramů (170 liber) 7. srpna 1971 Úspěšný
16.dubna 1972 Spojené státy Spojené státy Apollo 16 Měsíc 95 kilogramů (209 liber) 27. dubna 1972 Úspěšný
7. prosince 1972 Spojené státy Spojené státy Apollo 17 Měsíc 111 kilogramů (245 liber) 19. prosince 1972 Úspěšný
22. března 1996 Rusko Rusko Sbírka trosek Země a oběžné dráhy Nízká oběžná dráha Země Částice 06.10.1997 Úspěšný
14. dubna 2015 Japonsko Japonsko Mise Tanpopo Nízká oběžná dráha Země Částice Února 2018 Úspěšný

Robotické mise

Datum spuštění Operátor název Původ vzorku Ukázky se vrátily Datum zotavení Výsledek mise
14. června 1969  Sovětský svaz Luna E-8-5 č. 402 Měsíc
-
-
Selhání
13. července 1969 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna 15 Měsíc
-
-
Selhání
23. září 1969 Sovětský svaz Sovětský svaz Kosmos 300 Měsíc
-
-
Selhání
22.října 1969 Sovětský svaz Sovětský svaz Kosmos 305 Měsíc
-
-
Selhání
06.02.1970 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna E-8-5 č. 405 Měsíc
-
-
Selhání
12. září 1970 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna 16 Měsíc 101 gramů (3,6 oz) 24. září 1970 Úspěch
2. září 1971 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna 18 Měsíc
-
-
Selhání
14. února 1972 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna 20 Měsíc 55 gramů (1,9 oz) 25. února 1972 Úspěch
2. listopadu 1974 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna 23 Měsíc
-
-
Selhání
16.října 1975 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna E-8-5M č. 412 Měsíc
-
-
Selhání
09.08.1976 Sovětský svaz Sovětský svaz Luna 24 Měsíc 170 gramů (6,0 oz) 22.srpna 1976 Úspěch
7. února 1999 Spojené státy Spojené státy Hvězdný prach 81P/divoký Částice o hmotnosti přibližně 1 gram (0,035 oz) 15. ledna 2006 Úspěch
08.08.2001 Spojené státy Spojené státy Genesis Solární bouře Částice 9. září 2004 Úspěch (částečný)
9. května 2003  Japonsko Hayabusa 25143 Itokawa Částice o hmotnosti menší než 1 gram (0,035 oz) 13. června 2010 Úspěch (částečný)
8. listopadu 2011  Rusko Fobos-Grunt Phobos
-
-
Selhání
3. prosince 2014 Japonsko Japonsko Hayabusa 2 162173 Ryugu 5,4 gramů (včetně vzorků plynu) 6. prosince 2020 Úspěch
8. září 2016 Spojené státy Spojené státy OSIRIS-REx 101955 Bennu
V tranzitu na Zemi
24. září 2023 Pokračující
23. listopadu 2020  Čína Změna 5 Měsíc 1731 gramů (61,1 oz) 16. prosince 2020 Úspěch
2024 Čína Čína Změna 6 Měsíc
-
2024 Plánováno
2024 Japonsko Japonsko MMX Phobos
-
2029 Plánováno
2026 Spojené státySpojené státy / Evropská unie
Evropská unie
bezejmený Mars
-
2031 Pokračující

Viz také

Poznámky

Reference

externí odkazy