Mars Sample Return
Mars Sample Return (MSR) ist die englische Bezeichnung für eine Rückführung von Proben vom Mars zur Erde. Die Konzepte stehen teilweise in Konkurrenz zu bemannten Marsmissionen, sind aber oft auch als Vorbereitung für bemannte Missionen angedacht. Die auf die Erde gebrachten Proben könnten das Verständnis über die Verhältnisse auf dem Mars besser voranbringen, als die auf Spezialgebiete eingeschränkten Rover und Orbiter es derzeit machen.
Sowjetunion
In der Sowjetunion gab es in den 1970er Jahren das Projekt Mars 5NM. Es sah vor, dass eine sehr große Raumsonde mit einer Masse von 20 t mit der Trägerrakete N1 zum Mars startet, dort landet, Bodenproben sammelt, eine Rückkehrstufe startet und eine 13 kg schwere Rückkehrkapsel mit den Proben wieder zur Erde zurückkehrt. Der Start sollte im Jahr 1973 stattfinden, die Mission insgesamt 970 Tage dauern und die Landung der Rückkehrkapsel war für September 1975 vorgesehen. Da alle vier Testflüge der Trägerrakete N1 noch vor dem Zünden der zweiten Stufe mit Abstürzen endeten, wurde das Projekt Mars 5NM 1974 aufgegeben.[1]
Roskosmos
Roskosmos hatte für eine Rückführung von Proben vom Mars das Projekt Mars-Grunt. Dabei sollte eine über 6 t schwere Marssonde, bestehend aus Marsorbiter und Marslander, zusammen auf einer Angara 5 zum Mars starten. Der Lander sollte etwa 200 g Proben sammeln, eine Rückstartstufe mit den Proben würde in die Marsumlaufbahn starten und mit dem Orbiter koppeln. Dieser sollte dann mit den Proben zur Erde zurückkehren.[2] Die Phobos-Grunt-Raumsonde, die Proben vom Marsmond Phobos zur Erde zurückbringen sollte, scheiterte Ende 2011 bereits in der Erdumlaufbahn. Mit einer Verwirklichung ist in absehbarer Zeit nicht zu rechnen, weil die russische Raumfahrt chronisch unterfinanziert ist.
NASA und ESA
linke Mitte – der Rover Perseverance, der die Proben sammelt,
rechts – der Lander mit dem Mars Ascent Vehicle,
links – ein Mars-Helikopter, der Proben zum Lander bringen kann wenn Perseverance den Lander nicht erreicht,
links oben – der Earth Return Orbiter
Im Rahmen des Aurora-Programms der Europäischen Weltraumorganisation war eine Mars Sample Return Mission vorgeschlagen worden, die aber mangels Finanzierung nicht realisiert wurde.[3]
Ein Konzept der NASA aus dem Jahr 2001 sah drei Sonden für eine Mars Sample Return Mission vor, die alle an Bord je einer Atlas V (551) von der Erde abheben sollten. Zuerst sollte ein Rover starten, um Bodenproben einzusammeln. Vorgesehen waren etwa 20 Bohrproben von 5 cm Länge, 4 Proben von eingesammeltem Regolith (Lockermaterial), sowie je eine Staubprobe und eine Gasprobe aus der Marsatmosphäre. Für die eigentliche Probenrückführung sollten zwei separate Raumsonden entwickelt werden, ein Orbiter, der später die Proben zur Erde zurückbringen sollte und ein Landemodul.[4] Auch dieses Projekt wurde nicht verwirklicht, jedoch wird das Konzept einer mehrteiligen Sample-Return-Mission weiterhin verfolgt.
Die Probensammlung übernimmt nun der NASA-Rover Perseverance, der am 18. Februar 2021 auf dem Mars landete.[5] Am 1. September 2021 gelang erstmals die Gesteinsprobenaufnahme durch Perseverance.[6] Die auf der Marsoberfläche abgelegten Probenbehälter sollen später aufgesammelt und zu einer auf einem weiteren Landemodul montierten Rakete (Mars Ascent Vehicle) gebracht werden. Dort werden die Proben mit einem mechanischen Arm in die Rakete verladen, die sie zum Earth Return Orbiter bringt, der dann den Rückflug zur Erde antritt.[7]
Animation einer Probenaufnahme
Erste von Perseverance abgelegte Bodenprobe
Geplante Mars Sample Return Mission der NASA und ESA
CNSA
Die Nationale Raumfahrtbehörde Chinas plant eine Probenrückführ-Mission zum Mars um das Jahr 2030. Hierbei soll ähnlich wie bei der Mondmission Chang’e 5 unter anderem von einem stationären Lander aus an mehreren Stellen bis in 2 m Tiefe gebohrt und nach Möglichkeit Material aus der Noachischen Periode vor 3,8 bis 3,5 Milliarden Jahren erlangt werden, als der Mars noch ein Magnetfeld besaß.[8] Die Bodenproben sollen mit einer zweistufigen Rakete zu einem wartenden Orbiter befördert werden und von diesem zur Erde zurückgebracht werden.[9]
Kontaminationsvermeidung
Da der Mars eine gewisse Ähnlichkeit mit der Erde besitzt, fallen alle Probenrückführmissionen von dort in die Kategorie V-eingeschränkt der COSPAR-Regeln für den Schutz von Planeten. Das Committee on Space Research empfiehlt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination des Mars mit irdischen Organismen über einen Zeitraum von 50 Jahren nach der Landung unter 0,1 % liegen sollte. Um dies sicherzustellen, sollten sich auf Lander und Geräten für das mobile Einsammeln von Bodenproben insgesamt nicht mehr als 30 Sporen befinden.[10] Zur Einhaltung dieses Standards müssen die entsprechenden Komponenten der Mission vor dem Start desinfiziert werden, sinnvollerweise auch Orbiter und Wiedereintrittskapsel, um eine Kontamination der Proben nach der Übergabe im Marsorbit zu vermeiden. Die wissenschaftliche Arbeit mit den Proben auf der Erde soll in Labors nach dem Standard für hoch krankheitserregende Mikroorganismen durchgeführt werden.[11]
Filmische Umsetzung
Der US-amerikanische Science-Fiction-Horrorfilm „Life“ aus dem Jahr 2017 handelt von einem fiktiven Mars-Sample-Return-Projekt namens Mars Pilgrim 7 Mission. Die Bodenproben werden dort aus Sicherheitsgründen nur bis zur Internationalen Raumstation ISS im Erdorbit zurückgebracht und dort untersucht. In den Proben werden unbeschädigte Einzeller vorgefunden, aus denen im Stationslabor durch die Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen ein intelligentes Lebewesen heranwächst. Durch seine Widerstandsfähigkeit und seinen Überlebenswillen stellt sich dieses Wesen sehr schnell als eine tödliche Bedrohung für die Besatzung dar und gelangt auf die Erde.
Einzelnachweise
- ↑ Mars 5NM in der Encyclopedia Astronautica (englisch).
- ↑ Roscosmos – Space missions. (PDF; 2,8 MB) In: TheSpaceReview.com. S. 9–10, abgerufen am 19. August 2021.
- ↑ The Aurora Programme. (PDF; 973 kB) In: esamultimedia.ESA.int. 10. März 2004, abgerufen am 19. August 2021.
- ↑ Firouz Naderi (NASA’s JPL): Mars Sample Return Campaign: An Overview. (Memento vom 22. Dezember 2016 im Internet Archive). (PDF; 9,2 MB). NASA-Konzept (englisch).
- ↑ Rover „Perseverance“ auf dem Mars gelandet. In: Zeit.de. 18. Februar 2021, abgerufen am 19. August 2021.
- ↑ Tony Greicius: NASA’s Perseverance Rover Successfully Cores Its First Rock. In: NASA.gov. 2. September 2021, abgerufen am 5. September 2021.
- ↑ Jeff Foust: NASA and ESA remove rover from Mars Sample Return plans. In: spacenews.com. 27. Juli 2022, abgerufen am 28. Juli 2022 (englisch).
- ↑ 《下一站，深空》2023中国航天日系列活动. In: weibo.com. 22. April 2023, abgerufen am 23. April 2023 (chinesisch). Ab 1:10:14.
- ↑ Philip Ye: 中国火星采样返回任务天问三号将于2030年前后发射. In: guancha.cn. 22. April 2023, abgerufen am 23. April 2023 (chinesisch).
- ↑ COSPAR Policy on Planetary Protection. (PDF; 578 kB) In: cosparhq.cnes.fr. 24. Juli 2021, S. 4 f., abgerufen am 27. April 2023 (englisch).
- ↑ Philip Ye: 中国火星采样返回任务天问三号最新信息. In: weibo.com. 22. April 2023, abgerufen am 27. April 2023 (chinesisch).
Weblinks
Auf dieser Seite verwendete Medien
NASA Mars 2020 Rover Sample Collection Animation
February 06, 2020
https://mars.nasa.gov/resources/24757/nasa-mars-2020-rover-sample-collection-animation/
https://mars.nasa.gov/news/8611/nasa-adds-return-sample-scientists-to-mars-2020-leadership-team/
When NASA’s Mars 2020 rover lands on the Red Planet on Feb. 18, 2021, it will seek signs of past microbial life and characterize the planet’s climate and geology. It is the first rover ever to carry a drill for coring samples from Martian rocks and soil. This series of animations shows how those precious samples will be safely stowed on Mars for potential future pickup and return to Earth by another mission.
Mars 2020 is scheduled to launch in the summer of 2020.
For more information about the mission, visit: https://mars.nasa.gov/mars2020/
NASA’s Perseverance rover deposited the first of several samples onto the Martian surface on Dec. 21, 2022, the 653rd Martian day, or sol, of the mission.
Figure A is a close-up of the sample tube on the ground.
Perseverance has been taking duplicate samples from each rock target the mission selects. The rover currently has all 18 samples taken so far in its belly, including one atmospheric sample. Based on the architecture of the Mars Sample Return campaign, the rover would deliver samples to a robotic lander carrying a small rocket that would blast them off to space.
The depot will serve as a backup if Perseverance can’t deliver its samples. In that case, a pair of Sample Recovery Helicopters would be called upon to pick up the sample tubes and deliver them to the lander.
A key objective for Perseverance’s mission on Mars is astrobiology, including the search for signs of ancient microbial life. The rover will characterize the planet’s geology and past climate, pave the way for human exploration of the Red Planet, and be the first mission to collect and cache Martian rock and regolith (broken rock and dust).
Subsequent NASA missions, in cooperation with ESA (European Space Agency), would send spacecraft to Mars to collect these sealed samples from the surface and return them to Earth for in-depth analysis.
The Mars 2020 Perseverance mission is part of NASA’s Moon to Mars exploration approach, which includes Artemis missions to the Moon that will help prepare for human exploration of the Red Planet.
NASA’s Jet Propulsion Laboratory, which is managed for the agency’s by Caltech in Pasadena, California, built and manages operations of the Perseverance rover. WATSON and ACI were built by Malin Space Science Systems (MSSS) in San Diego and are operated jointly by MSSS and JPL.
For more about Perseverance: mars.nasa.gov/mars2020/
Credit
NASA/JPL-Caltech/MSSSPIA25326: Mars Sample Return Concept Illustration
This illustration shows a concept for multiple robots that would team up to ferry to Earth samples of rocks and soil being collected from the Martian surface by NASA's Mars Perseverance rover.
NASA and ESA (European Space Agency) are developing concepts for the Mars Sample Return program, designed to retrieve the rock and soil samples Perseverance has collected and stored in sealed tubes. In the future, the samples would be returned to Earth for detailed laboratory analysis.
The current concept envisions delivering a Mars lander near Jezero Crater, where Perseverance (far left) collects samples. A NASA-provided Sample Retrieval Lander (far right) would carry a NASA rocket (the Mars Ascent Vehicle). Perseverance would gather sample tubes it has cached on the Mars surface and transport them to the Sample Retrieval Lander, where they would then be transferred by a Sample Transfer Arm provided by ESA onto the Mars Ascent Vehicle. The arm is based on a human arm, with an elbow, shoulder, and wrist. The Mars Ascent Vehicle would launch a container with the sample tubes inside into orbit. Waiting in Mars orbit would be an ESA-provided Earth Return Obiter, which would rendezvous with and capture the Orbiting Sample Container using a NASA-provided Capture, Containment, and Return System. This system would capture and orient the container, then prepare it for return to Earth inside the Earth Entry System.
Also depicted is one of two Sample Recovery Helicopters NASA will develop to be transported to Mars on the Sample Retrieval Lander, just as the Ingenuity helicopter was carried on the Perseverance rover. The helicopters would serve as backups to Perseverance in transporting sample tubes to the Lander.Autor/Urheber: Iannendra, Lizenz: CC BY-SA 4.0
Mars 5NM Space probe design. This spacecraft was designed to return sample from the Martian surface back to earth.
November 17, 2022
NASA and the European Space Agency are developing plans for one of the most ambitious campaigns ever attempted in space: bringing the first samples of Mars material safely back to Earth for detailed study. The diverse set of scientifically curated samples now being collected by NASA's Mars Perseverance rover could help scientists answer the question of whether ancient life ever arose on the Red Planet.
Bringing samples of Mars to Earth for future study would happen in several steps with multiple spacecraft, and in some ways, in a synchronized manner. This short animation features key moments of the Mars Sample Return campaign: from landing on Mars and securing the sample tubes to launching them off the surface and ferrying them back to Earth.
Animation is contributed by NASA's Jet Propulsion Laboratory, the European Space Agency, Goddard Space Flight Center, and Marshall Space Flight Center.
Learn more: https://mars.nasa.gov/msr.