Vzorek návrat mise Marťané (v angličtině Mars Sample Return nebo MSR ) je prostor misi , jejímž cílem je sbírat vzorky marsovské půdy a jejich návratu na Zemi za účelem analýzy . Tento typ mise byl vědci zařazen na vrchol priorit průzkumu sluneční soustavy asi třicet let. Pouze vzorky půdy na Marsu, pečlivě vybrané na místě pro jejich potenciální zájem, přičemž mají geologický kontext, umožní, jakmile budou přivezeny zpět na Zemi, provádět hloubkové analýzy díky těžkému vybavení, které existuje pouze na naší planetě a poskytnout informace ke sledování historie Marsu a určit, zda život existuje a v jaké podobě. Tento typ mise se ale snaží uskutečnit kvůli své ceně (podle některých odhadů 10 miliard USD), technickým výzvám, které s sebou nese (marťanská raketa, orbitální setkání bez lidského zásahu) a vysokým rizikům selhání. Několik scénářů bylo předmětem víceméně rozsáhlých studií od 80. let 20. století, ale žádný z nich nevedl k uskutečnění.
A konečně, v roce 2009 je společný projekt NASA a Evropské kosmické agentury (ESA), který vyžaduje vývoj tří samostatných misí, navržen tak, aby přinesl zpět na Zemi 500 gramů marťanských vzorků. Tento program je ale pozastaven po rozpočtových arbitrážích prováděných americkou vesmírnou agenturou. Mise se opět stala aktuální rozhodnutím NASA, které bylo oznámeno na konci roku 2012, vyvinout Mars 2020 : tento rover umístěný v únoru 2021 na marťanské půdě je odpovědný za provedení prvního kroku mise pro návrat vzorku: obdařený nástroji aby bylo možné analyzovat geologii jeho pečlivě vybraného místa přistání, musí ze země vytáhnout asi čtyřicet jader a vytvořit zálohu, kterou bude následná mise zodpovědná za přivedení zpět na Zemi. V následujících letech provádí NASA studie, které zdokonalí další kroky. V průběhu roku 2020 vstupuje obnova těchto vzorků, k níž musí dojít mezi lety 2026 a 2031, do pokročilé fáze studia v rámci NASA za významné účasti Evropské kosmické agentury. Předpokládá se rozpočet na pokračování práce dvou vesmírných agentur.
Scénář počítá s téměř současným vypuštěním dvou misí v roce 2026: kosmická loď pod dohledem NASA, SRL ( Sample Retrieval Lander ), musí uložit na marťanskou půdu současně rover odpovědný za hledání vzorků. shromážděné Marsem 2020 a malou raketou, která je přivede zpět na oběžnou dráhu v kontejneru. Druhá kosmická loď pod dohledem Evropské kosmické agentury, ERO ( Earth Return Orbiter ), je umístěna na oběžnou dráhu kolem Marsu, uskuteční setkání v roce 2028 s raketou, která dopraví kontejner zpět na oběžnou dráhu a poté se vrátí do Země a odhodí kapsli s nádobou během letu nad ní v roce 2031. Po měkkém přistání jsou vzorky analyzovány v laboratoři speciálně navržené tak, aby se předešlo jakémukoli riziku kontaminace.
Mise, která by dosáhla návratu vzorků z marťanské půdy na Zemi, má oproti vědeckým misím využívajících roboty vybavené palubními minilaboratořemi, jako je Mars Science Laboratory, mnoho výhod :
Pokrok ve studiu planety Mars je nyní podmíněn misí vrátit na Zemi vzorky marťanské půdy. Také zpráva Planetary Science mezidekádovou průzkum vypracoval v roce 2011 komise odpovědný za stanovení dlouhodobých plánů pro planetární výzkum vesmíru, dává nejvyšší prioritu pro tento typ mise.
Zpráva mezinárodní pracovní skupiny svolané v srpnu 2018 z iniciativy IMEWG ( Mars Exploration Working Group ) definovala cíle vzorové návratové mise následovně:
První studované scénáře návratu Marsu jsou jednoduché. Jsou kopií scénáře, po kterém následovala sovětská vesmírná sonda Luna 16, která přinesla zpět vzorek měsíční půdy.
Ale Mars má velké rozdíly s Měsícem: je vzdálenější a proto vyžaduje více paliva pro návrat a návrat, jeho gravitace je dvakrát tak důležitá, což silně penalizuje návrat na oběžnou dráhu Marsu a dobu trvání mise. Musí být rozložen na dva let kvůli vzdálenosti mezi Marsem a Zemí, která vám umožňuje jen jednou za dva roky přejít z jednoho na druhý.
| Krok | Měsíc | březen | Dopad |
|---|---|---|---|
| Vydejte se na Měsíc / Mars | Delta-V: 11 km / s | Delta-V: 13 až 18 km / s | Síla pozemního odpalovače |
| Přistání | Delta-V: 1,6 km / s | Použití atmosférického brzdění Delta-V: několik stovek m / s |
Pro omezení přistání na Marsu (<~ 1 tuna) |
| Obíhající | Delta-V: 1,6 km / s | Delta-V: 4,2 km / s | Síla odpalovače použitá pro návrat |
| Vložení na zpáteční cestu | Delta-V: 0,7 km / s | Delta-V: 2,3 km / s | Požadované množství pohonných hmot |
| Atmosférický opětovný vstup | rychlost při návratu: 11 km / s | rychlost návratu: 12 km / s | Tloušťka tepelného štítu (hmotnost) |
| Doba trvání mise | pár týdnů | ≥ 2 roky | Odpor (dlouhověkost) zařízení, odpalovacího zařízení použitého pro návrat, zdroj energie na Marsu |
Přítomnost atmosféry kolem Marsu umožňuje použít síly tažení ke snížení rychlosti příjezdu. Ale velmi nízká hustota atmosféry Marsu (1% hustoty Země) ji umístí, pro scénář sestupu. Současná technická omezení omezují hmotnost, kterou lze na Mars umístit, na jednu tunu.
Scénář pro jedinou misi, zachovaný během prvních studií, naráží na jedné straně na omezení hmotnosti strojů vyslaných na Mars nejsilnějšími odpalovacími zařízeními a na druhé straně s maximální hmotností, kterou lze umístit Mars zvládnutými technikami (maximálně kolem 1 tuny). Také nedávné mise studované NASA zahrnují vypuštění tří odlišných vesmírných sond:
Scénář NASA vyvinutý v roce 2009 (vyvinutý níže) zahrnující tři starty se odhaduje na přibližně 6,5 miliardy amerických dolarů, což je více než trojnásobek nákladů na vlajkovou misi, jako je MSL :
Od 80. let 20. století bylo studováno několik projektů, zejména ve Spojených státech, jejichž cílem je přinést na Zemi vzorky marťanské půdy. Všechny studie narážejí na otázky nákladů a technické proveditelnosti. Umožňují však definovat a upřesnit realistický scénář a nakonec přijmout rozdělení na tři mise.
V návaznosti na hladký průběh mise Curiosity rover ( Mars Science Laboratory ), která přistála na marťanské půdě koncem roku 2012, se americká vesmírná agentura NASA rozhodla vyvinout druhou misi, která umožní vydělávat na provedeném vývoji ven. Mise Mars 2020 , kterou má NASA zahájit v létě roku 2020, je sbírat vzorky půdy a ukládat je za účelem jejich návratu na Zemi. Březen 2020 je tedy prvním krokem projektu návratu marťanských vzorků.
Kosmická loď v březnu 2020 vezme rover ( rover ), zvaný Perseverance vyvinutý Centrem JPL spojený s vesmírnou agenturou USA s podobnými charakteristikami sondy Curiosity rover Mars Science Laboratory, ale hlavním cílem je identifikace, sběr vzorků marťanské půdy a složení jednoho nebo více ložisek těchto vzorků uložených v hermetických zkumavkách. Březen 2020 má přistát počátkem roku 2021 v kráteru Jezero . Toto místo, místo starého trvalého jezera, které uchovává stopy několika delt řeky, bylo zachováno, protože by mohlo představovat místo příznivé pro vzhled života a protože představuje velkou geologickou rozmanitost. ..
Podle scénáře platného v dubnu 2020 mají být v roce 2026 vypuštěny dvě vesmírné sondy vyvinuté NASA a Evropskou kosmickou agenturou s cílem získat vzorky půdy uložené na Marsu pomocí roveru Perseverance a přivést je zpět na Zemi. v roce 2031. V roce 2018 začne fáze specifikace těchto dvou misí v Evropské kosmické agentuře a NASA. Částečně jsou pověřeni obranou a vesmírem Airbusu . K provádění této práce jsou uvolněny finanční prostředky, ale tyto dvě agentury nemají rozpočet na jejich provádění.
Dvě mise odpovědné za zbytek programu jsou na jedné straně SRL, která musí načíst vzorky na marťanské půdě (SFR rover) a přivést je zpět na marťanskou oběžnou dráhu (raketa MAV) a na druhé straně marťanská orbita ERO, která musí poskytnout podporu pozemním operacím (telekomunikace) z marťanské oběžné dráhy, obnovit kontejner obsahující vzorky po setkání na oběžné dráze Marsu, poté se vrátit na Zemi a kapsli obsahující kontejner vložit do zemské atmosféry kontejneru. Ten musí hladce přistát na vybraném pozemku. Plánování projektu je jedním z nejsložitějších aspektů těchto dvou misí:
Všechna tato omezení vedou k kampani 26-26-31, přičemž tyto tři číslice odpovídají datům spuštění těchto dvou strojů (2026) a roku příchodu kapsle se vzorkem na Zemi (2031).
Odběr vzorku marťanské půdy pomocí roveru Mars 2020.
Uložení zkumavek obsahujících vzorky marťanské půdy.
Mise Sample Retrieval Lander (SRL) je založena na kosmické lodi, která musí přistát na Marsu a jejíž konečným cílem je přivést zpět na oběžnou dráhu Marsu nádobu se vzorky půdy. Pro splnění tohoto cíle přepravuje kosmická sonda na jedné straně malý rover s názvem SFR ( Sample Fetch Rover ), který bude hledat trubky obsahující vzorky půdy, kde byly uloženy roverem Mars 2020, a na druhé straně pevný pohánět raketu Mars Ascent Vehicle (MAV ), která přivede vzorky zpět na nízkou oběžnou dráhu Marsu. Průběh této mise je následující:
Lander SRL přistává na Marsu
Rozvinutí
SFR rover shromažďuje zkumavky obsahující vzorky půdy uložené do března 2020
Trubky jsou naloženy do rakety MAV
Raketa MAV vzlétne ze země a dosáhne nízké oběžné dráhy
Raketa MAV uvolní kapsli obsahující vzorky.
Mise Earth Return Orbiter (ERO) se spoléhá na kosmickou loď, která musí být umístěna na nízké oběžné dráze Marsu. Slouží jako telekomunikační relé během pozemních operací SRL, poté obnoví kontejner vynesený na oběžnou dráhu raketou MAV. Po opuštění oběžné dráhy Marsu se vrací na Zemi. Průmyslová smlouva ERO ve výši 491 milionů eur byla formalizována společností Airbus DS a Evropskou kosmickou agenturou během kybernetického vydání Mezinárodního astronautického kongresu IAF 14. října 2020. Přišel poblíž ní v roce 2031 a vydal kapsli obsahující vzorky marťanské půdy, které jemně spočinuly na povrchu Země. Podrobný postup této mise je následující:
V roce 1976 se NASA poprvé v rámci programu Viking podařilo přistát na Marsu se dvěma plavidly . Tyto dvě mise jsou úspěšné a americká kosmická agentura studuje pokračování svého průzkumného programu pro planetu Mars. Předpokládá se několik typů misí, včetně nakonec mise, která přinese zpět na Zemi vzorek marťanské půdy, přičemž se v případě potřeby omezí na několik gramů. Jsou studovány dva scénáře. První používá jedinou kosmickou loď, ale proto vyžaduje hmotnost pětkrát větší než hmotnost vikingských přistávacích modulů. Ve druhém scénáři stroj umístěný na Marsu dokončí svou misi, jakmile přivedl vzorek zpět na oběžnou dráhu Marsu, což umožňuje omezit jeho hmotnost. Druhá kosmická loď vypuštěná následně nebo současně provede setkání kolem Marsu s první kosmickou lodí, aby získala vzorek a poté se postarala o návrat na Zemi. Žádný z marťanských projektů se ale neuskutečnil, protože NASA prudce snížila rozpočet na průzkum sluneční soustavy, aby své prostředky zaměřila na rozvoj bojujícího amerického raketoplánu . Kromě toho výsledky vikingských misí, které neumožnily prokázat existenci marťanského života, způsobují neochotu široké veřejnosti Marsu připravit NASA o politickou podporu nezbytnou pro pokračování.
Centrum JPL na začátku 80. let představovalo dvě průzkumné mise na Marsu: rover a návratovou misi. Náklady na nejlevnější misi (rover) se však odhadují na 1,5 miliardy USD. Po štíhlém období se průzkum sluneční soustavy v NASA v polovině 80. let vrátil k rozpočtu, který vyústil ve vývoj marťanského orbiteru Mars Observer . Centrum JPL se rozhodne studovat misi, která by pokračovala spojením průzkumu povrchu Marsu s návratem vzorku na Zemi pomocí roveru. Stejně jako všechny kosmické lodě té doby, i MRSR ( Mars Rover and Sample Return ), který měl být vypuštěn v roce 2001, měl být vynesen na oběžnou dráhu americkým raketoplánem, který vyžadoval přidání stupně Centaur-G do nákladního prostoru pro zásilka na Mars z nízké oběžné dráhy Země . Ale s přihlédnutím k kapacitám raketoplánu to omezuje hmotnost vesmírné sondy na 7,8 tun, zatímco hmotnost se odhaduje na 12,75 tun. Po explozi raketoplánu Challenger v roce 1986, která vyústila v zastavení vývoje stádia Centaur G, považovaného za příliš nebezpečný, byl tento scénář upraven. Od této chvíle nese raketoplán pouze přistávací modul / rover a orbiter odpovědný za zajištění návratu vzorků z nízké oběžné dráhy Marsu. Spouštěč Titan IV musí vypustit marťanský odpalovač odpovědný za umístění vzorků na oběžnou dráhu z marťanské půdy a druhý odpalovač Titan musí poskytnout pohonný stupeň, který musí přivést rover a orbiter na Mars. Očekává se, že tato sestava bude uvedena na oběžnou dráhu bez použití vzduchových brzd .
Projekt byl zahájen v roce 2009 jako pokračování programu Mars Science Laboratory . NASA poté plánuje vyvinout rover MAX-C odpovědný za sběr vzorků půdy a plánuje druhou nefinancovanou fázi obnovy. V roce 2010 se NASA rozhodla čelit rozpočtovým problémům a spojila svůj projekt roveru s projektem Evropské kosmické agentury vyvinutým v rámci programu ExoMars .
ScénářNávratová mise na Mars, kterou studovala NASA, byla předmětem mnoha verzí, z nichž nejúspěšnější z Evropské vesmírné agentury byla z iniciativy americké agentury zrušena v roce 2012. Scénář této mise počítal se třemi odlišnými starty:
Po jejich příchodu na Zemi jsou vzorky uloženy v laboratoři typu P4 (stupeň zabezpečení pět odpovídající maximálnímu zabezpečení). Vzorky jsou dále rozděleny do dvou podskupin, z nichž jedna je uložena po dobu 20 nebo 30 let, aby bylo možné těžit z pokroku dosaženého v té době v analytických technikách. Vzorky studované po jejich příchodu jsou analyzovány roboty v prostředí reprodukujícím marťanské podmínky.
Návrat vzorku mise na Mars: druhý stroj ukládá na Mars rover odpovědný za vrácení kontejneru se vzorky ( 4 ), raketu ( 2 ), která jej musí přivést zpět na oběžnou dráhu Marsu, odpalovací plošinu ( 3 ) a kloubové rameno ( 1 ) odpovědný za umístění kontejneru pod pouzdro odpalovacího zařízení.
Návrat vzorku mise na Mars: marťanský orbiter s návratem na kapsli Země ( 1 ) a systémem obnovy ( 2 ) z nádoby na vzorky ( 3 ).
Mission Mars sample return: scénář pro obnovení kontejneru se vzorky. Vzhledem k přesnosti přistání definované elipsou ( 1 ) se středem na roveru ( 2 ), který identifikoval a upravil vzorky (MAX-C,Březen 2020), rover přivedený posledním startem musí provést zpáteční cestu ( 5 ) mezi místem přistání ( 4 ) a prvním roverem.
V roce 2011 se NASA z rozpočtových důvodů rozhodla zrušit projekt odběru vzorků MAX-C . V roce 2012 Americká kosmická agentura upustila od své účasti v evropském programu ExoMars Evropské kosmické agentury, což je událost, která je vědeckou komunitou prožívána jako trauma (po zbytek programu se Evropská kosmická agentura obrátí na Rusko.) . Mise za vrácení marťanských vzorků je odložena na neurčené datum.
Rover MAX-C odpovědný za odběr vzorků půdy.
Raketa odpovědný za zahájení nádoby se vzorkem znovu připraven ke spuštění.
Vypuštění rakety nesoucí nádobu na vzorky.