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Mars Sample Return:Die Mission, die ein Stück eines anderen Planeten nach Hause bringen wird

Wir wollen etwas vom Mars mitbringen. Das ist der Gedanke hinter einem Programm, das so ehrgeizig ist, dass zwei Weltraumagenturen und mehrere Missionen erforderlich sind, um es durchzuziehen. Um herauszufinden, was auf dem Spiel steht und wie wir eine Probe vom Roten Planeten erhalten, haben wir mit Dr. Albert Haldemann von der ESA gesprochen.

Er ist Teamleiter für ExoMars-Nutzlast und -Montage, -Integration und -Verifizierung bei der ESA und koordiniert mit der NASA, damit die beiden Agenturen reibungslos zusammenarbeiten.

Erzählen Sie uns von der Probenrückgabe-Mission.

Die Mars Sample Return-Mission ist die erste Mission – eigentlich ein Programm, weil mehr als ein Fahrzeug erforderlich ist – um Proben von einem anderen Planeten zurückzubringen. Wir haben Proben vom Mond, die von den Apollo-Missionen, vom russischen Rover und zuletzt von den Chinesen zurückgebracht wurden. Und wir haben Proben von Asteroiden [über Missionen] der USA und Japans zurückgegeben.

Aber wir müssen noch eine Probe vom Mars zurücksenden. Das ist das Ziel. Der erste Schritt ist der Rover Perseverance, der mit dem Sammeln von Proben beginnt, nachdem die NASA ihn im Februar dieses Jahres erfolgreich auf dem Mars gelandet hat.

Das Mars Sample Return-Programm ist ein gemeinsames Unterfangen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), obwohl die NASA es leitet. Die NASA wird für die Raketen verantwortlich sein, die von der Marsoberfläche starten und die Proben in die Marsumlaufbahn bringen werden. Aber die ESA ist für den Earth Return Orbiter verantwortlich, der im Grunde das erste interplanetare Raumschiff sein wird.

Es wird von der Erde zum Mars fliegen, in eine Umlaufbahn um den Mars fliegen, sich mit dem Probenfahrzeug in der Marsumlaufbahn treffen, die Probe einfangen und dann zur Erde zurückkehren. Es wird nicht in die Erdumlaufbahn eintreten, aber es wird die von der NASA gebaute Eintrittskapsel mit den Proben freigeben, sobald es nahe genug ist. Nur die Eintrittskapsel wird zur Erde zurückkehren, nicht der Earth Return Orbiter.

Der Plan ist, dass die Kapsel im Wesentlichen einen kontrollierten Absturz durchführt. Also zielen wir auf die Absturzstelle, lassen dann den Earth Return Orbiter die Proben freigeben und davonfliegen. Es wird abweichen, sodass es an der Erde vorbeifliegt und in eine Friedhofsbahn um die Sonne einschwenkt.

Aber vorher wird Perseverance auf dem Mars sein und Proben sammeln. Diese Proben werden in Caches an der Oberfläche abgelegt. Im Jahr 2026 wird die NASA eine weitere Rakete zum Mars starten, die einen Lander enthält, der das Mars Ascent Vehicle und den Sample Fetch Rover trägt.

Der Lander wird auf dem Mars landen und den Fetch Rover freisetzen, der die Caches mit den von Perseverance gesammelten Gesteinsproben aufnehmen wird. Der Fetch Rover bringt sie dann zurück zum Lander, wo sie in das Mars Ascent Vehicle gesetzt und in die Marsumlaufbahn geschossen werden.

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Raketen von der Erde abzufeuern ist schwierig genug. Einen vom Mars zu starten klingt unglaublich schwierig.

Ja, es gibt viele Herausforderungen, zumal der Start automatisch erfolgen muss.

Die Rakete wird eine zweistufige Feststoffrakete sein und den Orbiting Sample Container – oder OS, im Wesentlichen eine fußballgroße Kugel tragen. Wenn die Rakete in die Umlaufbahn gelangt, wirft sie das OS aus und lässt es den Mars umkreisen.

Wir arbeiten immer noch daran, wie wir am besten sicherstellen können, dass wir es finden können. Unsere Grundlinie ist, dass wir es glänzend machen und Kameras verwenden, um es aus einer Entfernung von einigen tausend Kilometern zu erkennen, was der Earth Return Orbiter sein wird, wenn er sich nähert.

Es scheint machbar, aber alle sind immer noch ein bisschen besorgt. Also denken wir über Funkfeuer, Laser-Entfernungsmesser und ähnliches nach. Aber es gibt viele herausfordernde Schritte, was den Spaß für Ingenieure ausmacht, die all diese Dinge bauen und zum Laufen bringen müssen.

Was würde es für die astronomische Gemeinschaft bedeuten, eine Marsprobe zur Erde zurückzubringen?

Wir haben den Mars mit unseren Robotern, Rovern und Landern aus der Ferne erkundet. Und wir haben Proben von Meteoriten, die vom Mars abgeblasen wurden und auf der Erde landeten. Dank der Isotopenanalyse der Gesteine ​​wissen wir, woher sie kamen. Einige von ihnen enthalten Gasblasen, die tote Signale für die Marsatmosphäre sind, die wir 1976 und 1977 mit Viking 1 und 2 gemessen haben.

Wenn wir also bereits Proben vom Mars haben, warum sollten wir dann noch mehr zurückbringen? Nun, erstens können wir nicht genau sagen, woher diese Marsmeteoriten auf dem Mars kamen. Wir haben einige Hypothesen, aber wir wissen es nicht. Zweitens, obwohl wir auf Perseverance und anderen Mars-Rovern leistungsstarke Instrumente und Spektrometer haben, sind diese Instrumente miniaturisiert, damit sie die Reise machen können; Sie sind nicht so leistungsstark wie die Instrumente, die wir in unseren Labors auf der Erde haben.

Außerdem sind einige der Steine, die durch Beharrlichkeit im Jezero-Krater gewonnen werden, nicht in den Meteoritenproben vertreten. Diese Art von Gestein überlebt es nicht, von einem Planeten weggeblasen zu werden, denken wir. Und doch sind sie der Schlüssel zur geologischen Geschichte des Mars. Und aufgrund des Deltas im Jezero-Krater könnten die Felsen von dort mit flüssigem Wasser in Verbindung gebracht worden sein und daher höchstwahrscheinlich Beweise für vergangenes Leben oder organische Materialien einer früheren Umgebung auf dem Mars enthalten.

Ob wir entscheiden, dass das bedeutet, dass es einmal Leben auf dem Mars gab oder nicht, wissen wir noch nicht. Warten wir auf die Beweise.

Mars Sample Return:Die Mission, die ein Stück eines anderen Planeten nach Hause bringen wird

Nach was suchen Sie in den Beispielen?

Das ist die Straße runter. Aber um sie zu analysieren, werden wir außergewöhnliche Vorsichtsmaßnahmen treffen. Da der Mars als potenziell bewohnbar gilt – wir haben gesehen, dass es unterirdische Umgebungen gibt, die flüssiges Wasser enthalten können – werden wir für diese ersten Proben die strengsten planetarischen Schutzmaßnahmen anwenden.

Die Proben werden in robusten Reagenzgläsern aus Metall aufbewahrt, die so inert wie möglich sind, damit wir den Inhalt nicht kontaminieren. Sie werden in das Betriebssystem gepackt, das mehrere Shells hat. Wenn das Betriebssystem dann den Earth Return Orbiter erreicht, wird es in die Eingangskapsel verpackt, die ebenfalls mehrere Schalen haben wird. Und wenn die Kapsel zur Erde zurückkehrt, wird sie abgeholt und verpackt, bevor sie zum Auspacken in eine spezielle Einrichtung gebracht wird.

Wir werden die Reagenzgläser röntgen, um die Mineralogie des Inhalts zu sehen, bevor wir sie öffnen. Einige der Proben können auch einer sehr hochenergetischen Synchrotron-Untersuchung unterzogen werden, um ihre Zusammensetzung zu untersuchen.

Erst wenn wir davon überzeugt sind, dass dies sicher ist, öffnen wir die Kapseln, und zwar auf kontrollierte Weise. Dann werden andere, fortschrittlichere geochemische Verfahren auf die Proben angewendet, um die Details zu untersuchen und festzustellen, ob neben dem Mineral organisches Material vorhanden ist.

Der Sample Fetch Rover sieht aus, als würde er aufblasbare Reifen an den Rädern haben. Warum?

Ja, sie sehen aus wie aufgepumpte Reifen. Sie sind es jedoch nicht – sie sind eigentlich ein Drahtgeflecht aus Memory-Metall, das es uns ermöglicht, ein größeres Rad herzustellen, das für den Start in ein kleineres Paket komprimiert werden kann. Die Reifen dehnen sich zwar aus, pumpen sich aber nicht durch Luft auf. Wenn wir den Mars erreichen, werden sie freigelassen und können sich zu ihrer vollen Größe ausdehnen. Der Grund dafür ist, dass der Sample Fetch Rover schnell viel Boden zurücklegen muss, und größere Räder werden ihm dabei helfen.

Wir werden auch nur vier Räder statt der sechs verwenden, die wir in früheren Designs hatten. Sechs Räder sind sehr effizient für unwegsames Gelände. Vier Räder mit großen Reifen, wie Sie sie bei Dünenbuggys sehen, sind auch für unwegsames Gelände geeignet, insbesondere wenn Sie die Beschaffenheit des Geländes kennen, was wir in gewissem Maße tun werden, da wir über Ausdauer am Boden verfügen, die im Wesentlichen bereits Aufklärungsarbeit leisten.

Sind Sie besorgt über die Kontamination durch die Marsproben?

Ich persönlich mache mir keine Sorgen über die Kontamination des Mars. Ich denke, Erde und Mars teilen seit Milliarden von Jahren Spucke. Aber meine Meinung ist irrelevant im Vergleich zu der öffentlichen und politischen Wahrnehmung dieses Risikos. Also müssen wir das ansprechen. Ich denke, es wird eine verdammt große Herausforderung, insbesondere angesichts dessen, was wir bei COVID in Bezug auf das Vertrauen der Öffentlichkeit in wissenschaftliche Autorität gesehen haben. Daraus haben wir bereits unsere Lehre gezogen.

Und wir begrüßen die Herausforderung, weil wir verstehen müssen, was die Proben vom Mars bedeuten, wenn wir jemals wollen, dass Astronauten dorthin gehen und zurückkommen. Wir brauchen ein detailliertes Verständnis dessen, was Planetenschutz bedeutet, wenn wir wie viele andere den Ehrgeiz haben, Astronauten – Menschen – tiefer in das Sonnensystem vordringen zu lassen und dann zur Erde zurückkehren zu können.

Das Mars Sample Relais

1. Landen, erkunden, bohren

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Der im Juli 2020 gestartete Perseverance-Rover der NASA landete im Februar 2021 erfolgreich im Jezero-Krater auf dem Mars. Der etwa schrägheckgroße Rover repräsentiert die erste Etappe der ersten Hin- und Rückreise der Menschheit zu einem anderen Planeten.

Der Rover wird seinen Bohrer verwenden, um Gesteins- und Bodenproben zu sammeln und sie auf der Oberfläche des Planeten zu lagern.

2. Versiegeln und hinterlegen

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Alle Proben, die Perseverance sammelt, befinden sich in versiegelten Röhrchen, die der Rover auf der Oberfläche des Planeten ablegt und im Wesentlichen eine Spur von Brotkrümeln hinterlässt, während er die Marsoberfläche erkundet.

Zukünftige Missionen zum Mars – gemeinsame Bemühungen von NASA und ESA – werden der Spur folgen, die Perseverance hinterlassen hat, um die Proben zu bergen und sie zur Erde zurückzubringen.

3. Starten Sie die zweite Welle

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Die nächste Phase wird 2026 beginnen, wenn die NASA eine weitere Mission zum Mars startet, die einen Lander mit dem Rover, der Rakete und der Kapsel tragen wird, die benötigt werden, um die von Perseverance gesammelten Proben zu sammeln und sie auf ihre Reise zurück zur Erde zu schicken.

Der Lander wird darauf abzielen, im Jezero-Krater zu landen, wo Perseverance seine Reise begann.

4. Aufklappen und ausladen

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Nachdem der Lander erfolgreich auf dem Roten Planeten gelandet ist, wird er seine Solarzellen einsetzen, um den von der ESA entworfenen Fetch Rover mit Strom zu versorgen.

Der Rover (ein vierrädriges Fahrzeug, etwas kleiner als Perseverance) entfaltet sich dann und setzt sich vom Lander ab, bevor er beginnt, der Spur der Proben zu folgen, die Perseverance hinterlassen hat.

5. Greifen und los

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Der Fetch Rover wird den Spuren von Perseverance folgen, um die Proben zu sammeln, die auf der Oberfläche abgelagert wurden. Sobald eine Probe lokalisiert wurde, wird ein Roboterarm ausfahren, um sie einzusammeln und im Rover zu verstauen, bevor er weiterfährt, um die nächste Probe zu finden.

Sobald genügend Proben gesammelt wurden, kehrt der Fetch Rover zum Lander zurück.

6. Übergeben Sie die Proben

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Sobald der Fetch Rover wieder am Lander angekommen ist, wird derselbe Arm, mit dem er die versiegelten Proben gesammelt hat, sie in den Nasenkonus des Mars Ascent Vehicle übertragen, der im Inneren des Landers verstaut ist.

Wenn es zusätzliche Proben gibt, die der Fetch Rover nicht sammeln konnte, könnten sie direkt von Perseverance zum Lander gebracht werden.

7. Starten Sie nach Hause

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Sobald die Proben auf das Mars Ascent Vehicle geladen sind, wird die kleine Rakete vom Lander in die Marsumlaufbahn gestartet.

Die Schwerkraft auf dem Mars beträgt etwa ein Drittel der auf der Erde, daher ist es für Objekte einfacher, Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen, daher kann die Rakete viel kleiner sein. Es wird erwartet, dass es maximal 3 m hoch ist und einen Durchmesser von etwa 50 cm hat.

8. Abholung und Rückgabe

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Das Mars Ascent Vehicle wird den Probenbehälter in die Umlaufbahn um den Mars tragen und ihn freigeben. Ein anderes Raumschiff, der Earth Return Orbiter, wird den Probenbehälter erkennen und einsammeln, bevor es zur Erde zurückkehrt.

Dort angekommen wird der Earth Return Orbiter den Probenbehälter in die Erdatmosphäre abwerfen ... wenn alles nach Plan läuft.

  • Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 367 des BBC Science Focus Magazine – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können

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