Eine der großen Errungenschaften der Apollo-Missionen war es, Hunderte Kilogramm Mondgestein nach Hause zu bringen. Diese Steine und Staub wurden kontinuierlich analysiert, seit die Apollo 11-Astronauten vor über 50 Jahren nach Hause kamen.
Und sie machen immer noch Entdeckungen.
Wissenschaftler haben Proben des Sonnenwinds der Sonne, Partikel vom Schwanz eines Kometen, einige Gramm von einem Asteroiden, weitere folgen in Kürze.
Aber es gibt eine Welt, die im Mittelpunkt so vieler wissenschaftlicher Studien steht, bei denen noch nie eine Probe zurückgegeben wurde: den Mars.
Die NASA und die Europäische Weltraumorganisation planen seit Jahrzehnten, eine Probe vom Mars nach Hause zu bringen. Jetzt könnten Missionen in den nächsten Jahren fliegen und endlich einen Teil des Roten Planeten auf die Erde bringen, damit wir direkt studieren können.
Verlauf der Probenrückgabemissionen
Die Erforschung des Weltraums erfolgt schrittweise. Zuerst beginnen Sie mit einem Scouting-Vorbeiflug, bei dem ein Raumschiff eine schnelle Flugbahn hinter einer Welt zurücklegt und einen ersten Satz von Bildern und Daten bereitstellt. Denken Sie an die große Tour der Voyager durch das Sonnensystem oder an neue Horizonte, die Pluto besuchen.
Dann kehren Sie mit einem Orbiter zurück, einem Raumschiff, das jahrelang an Ort und Stelle bleiben kann und die Oberfläche einer Welt detailliert untersucht. Betrachten Sie das Cassini-Raumschiff, das 294 Mal den Saturn umkreiste, mehr als 450.000 Bilder machte und unser Verständnis des Ringed Planet für immer veränderte.
Dann kommen die Lander und Rover. Das beste Beispiel dafür ist natürlich der Mars mit Geist und Gelegenheit sowie Neugier, die zusammen Hunderttausende von Bildern aufgenommen, Steine gebohrt und Hinweise auf vergangenes Wasser auf dem Mars gefunden haben.
Dann kommen die Muster-Rückgabemissionen. Dies ist die Bühne, die die Raumfahrtagenturen nur wenige Male ausprobiert haben.
Abgesehen von der Apollo-Mission war die Luna-Mission des Sowjets das erste Raumschiff, das Proben aus dem Weltraum zur Erde zurückbrachte. 1970 brachte Luna 16 101 Gramm Regolith nach Hause, gefolgt von Luna 20 und Luna 24. Obwohl sie einen Bruchteil des von den Apollo-Missionen zurückgegebenen Materials mitbrachten, stammte es von verschiedenen Orten auf dem Mond.
Das nächste Raumschiff, das eine Probe nach Hause zurückbrachte, war die Genesis-Mission der NASA. Es wurde 2001 ins Leben gerufen, um Proben des Sonnenwinds der Sonne zu sammeln und sie auf die Erde zurückzubringen.
Am 1. April 2004 öffnete es seine Probensammler und kehrte im September desselben Jahres auf die Erde zurück. Leider öffnete sich der Fallschirm nicht richtig und das Raumschiff schlug hart in die Wüste von Utah ein.
Trotz der harten Landung konnten Wissenschaftler brauchbare Proben abrufen, wodurch sie entdeckten, dass sich die Erde möglicherweise aus anderen Materialien des Solarnebels als die Sonne gebildet hat.
Dann kam die Stardust-Mission der NASA, die im Januar 2004 durch den Schwanz von Comet Wild 2 flog und zwei Jahre später ihre Sammelkapsel wieder auf die Erde zurückbrachte. Die Analyse dieser Teilchen zeigte Wissenschaftlern, dass Kometen Teilchen enthielten, die zu Beginn ihrer Geschichte von der Sonne ausgestoßen wurden und möglicherweise eine andere Form der Bildung hatten, als Astronomen vorhergesagt hatten.
Die letzte Mission zur Probenrückgabe war die Hayabusa-Mission von JAXA, bei der alle Arten von Schwierigkeiten überwunden wurden, einschließlich des direkten Treffers durch eine Sonneneruption, des Verlusts der Reaktionsräder und des Versagens, den Sprunglander einzusetzen. Unglaublicherweise gelang es den Missionsleitern, das Raumschiff mit ein paar wertvollen Mikrogramm Asteroidenmaterial nach Hause zu bringen.
Momentan gibt es Missionen: Hayabusa 2 und OSIRIS-REx, die noch mehr Asteroidenproben zum Lernen nach Hause bringen werden. JAXA plant sogar eine Mission, um eine Probe von den Marsmonden zurückzugeben.
Was ist also mit einer Probe-Rückkehr-Mission zum Mars selbst?
Was können wir aus einer Mars-Probenrückgabemission lernen?
Wir haben tatsächlich einiges über die Geologie und Atmosphäre des Mars gelernt, weil hier auf der Erde Teile des Roten Planeten gefunden werden. Sie wurden vor Millionen von Jahren von einem riesigen Asteroideneinschlag aus dem Mars geschleudert, schwebten durch den Weltraum, trafen schließlich auf die Erde und überlebten eine Reise durch die Atmosphäre unglaublich.
Wissenschaftler haben zufällige Marsstücke, aber jetzt wollen sie eine Stichprobe ihrer Wahl. Und das bedeutet, dass Sie eine Muster-Rückgabemission direkt senden müssen.
Die NASA plant bereits seit den frühen 1970er Jahren eine Mars-Probenrückführungsmission, noch bevor das Raumschiff Viking gestartet wurde.
Die Ziele einer Rückkehrmission würden die Suche nach Leben umfassen, nicht nur das Leben heute, sondern auch das vergangene Leben und sogar die chemischen Vorläufer des Lebens.
Durch die Rückgabe makelloser Marsproben nach Hause konnten Wissenschaftler alle Arten von Experimenten mit dem Marsregolith durchführen und ihn Wasser, einer dickeren Atmosphäre und Nährstoffen aussetzen, um festzustellen, ob aktive Bakterien vorhanden sind. Dieses Experiment wurde mit Viking versucht, aber die Ergebnisse waren nicht schlüssig und Planetenbiologen streiten sich immer noch darüber.
Sie könnten die Proben unter leistungsstarken Mikroskopen analysieren und nach mikroskopischen Fossilien oder anderen Hinweisen suchen, dass dort Leben vorhanden ist.
Darüber hinaus konnten Wissenschaftler die Geschichte der Marsoberfläche und die Auswirkungen von Wasser über Millionen von Jahren verstehen.
Proben konnten von einigen der interessantesten Stellen zurückgegeben werden, wie den Sedimenten von Seen, Ablagerungen um hydrothermale Quellen und den Deltas alter Flüsse.
Sie konnten Proben von jüngsten und alten Meteoriteneinschlägen, Vulkanausbrüchen und Regionen zurückbringen, die lange Zeit dem Wind ausgesetzt waren.
Sie könnten auch die langfristige Geschichte des Mars über Milliarden von Jahren untersuchen, um zu verstehen, wann große planetarische Veränderungen eingetreten sind, um den Planeten so kalt und trocken zu machen. Wann hat sich das Asteroidenbombardement gelegt?
Sie konnten sogar Teile der Meteoriten, die auf der Marsoberfläche liegen, abtasten und gleichzeitig andere Welten abtasten.
Diese Proben würden idealerweise nach Hause geschickt, bevor der erste Mensch die Marsoberfläche betritt. Wir wissen bereits, dass der Regolith des Mars giftige Chemikalien enthält, aber was ist mit dem Staub, der sich aus der Atmosphäre absetzt? Wird es ein Risiko sein, wenn Astronauten es atmen? Was ist mit Material, das tiefer unter der Oberfläche liegt?
Durch das Studium dieses Materials könnten Wissenschaftler auch verstehen, wie gut Astronauten vom Land leben könnten. Verwendung von Regolith als Baumaterial und zum Anbau von Pflanzen. Sowie es chemisch für verschiedene Rohstoffe aufzubrechen.
Sind verschiedene Teile des Mars nützlicher als andere?
Mars Sample Return Mission Pläne
Einer der frühesten Pläne für eine Probenrückführungsmission zum Mars war die Probensammlung zur Untersuchung des Mars (oder SCIM). Dies wäre eine relativ kostengünstige Mission der Scout-Klasse, die durch die Marsatmosphäre in nur 40 km Höhe fliegen und Staub und atmosphärisches Gas sammeln würde.
Dies wäre hoch genug, damit das Raumschiff nicht vom Mars erfasst wird. Dann würde es die Proben zur Erde zurückbringen. Durch die Untersuchung dieser Proben konnten Wissenschaftler die atmosphärische Probe mit den Gasen in diesen Marsgesteinen abgleichen, um sicherzugehen, dass sie vom Roten Planeten stammen. Sie könnten den Marsstaub aus nächster Nähe untersuchen, wissen Sie, den Staub, der weltweite Stürme bilden kann, die Rover-Missionen beenden können, und ein Risiko für zukünftige Astronauten darstellen könnte.
Der Vorschlag wurde 2001 für eine Mission gemacht, die 2007 fliegen und bis 2010 Proben zurückgeben sollte, aber nie in Gang kam.
Aber im Jahr 2009 begannen die NASA und die Europäische Weltraumorganisation ernsthafte Pläne, ein Stück Mars nach Hause zu bringen, und kündigten offiziell ihre Zusammenarbeit bei einer Mission an.
Im Vorgriff auf die künftige Mission zur Probenrückgabe haben sowohl die NASA als auch die ESA ihre kommenden Rover so gebaut, dass sie die erste Etappe für den Heimtransport von Material darstellen.
Während der Mars 2020-Rover der NASA über die Oberfläche des Roten Planeten kriecht, sammelt er interessante Proben und lässt sie dann auf der Oberfläche fallen. Der Rosalind Franklin-Rover der ESA, der ebenfalls im Jahr 2020 auf den Markt kommen soll, wird Proben von der Marsoberfläche in stiftgroßen Kanistern sammeln und aufbewahren, die zur Abholung bereitstehen.
Eine Probenrückführungsmission würde drei Teile haben.
Erstens würde es einen schnell fahrenden Fetch Rover geben, der von der Europäischen Weltraumorganisation gebaut wurde, um Proben für Studien zu sammeln. Dann ein NASA-Aufstiegsfahrzeug, das die Proben in die Mars-Umlaufbahn bringen würde. Und schließlich eine Umlaufmission der ESA, bei der die Proben abgerufen und zur Erde zurückgebracht werden.
Der Sample Fetch Rover der ESA wäre ein relativ leichtes Fahrzeug, das nicht größer als etwa 120 Kilogramm ist. Es müsste in der Lage sein, 20 bis 30 Kilometer auf 200 Metern pro Tag zurückzulegen und die Gefahren auf seinem Weg autonom zu umgehen. Im Laufe dieses Zeitraums wurden Dutzende von Proben aufgenommen, die Mars 2020 oder Rosalind Franklin an der Oberfläche zurückgelassen hatten, und die 30 wissenschaftlich interessantesten ausgewählt, die nach Hause geschickt werden sollten.
Nach mehreren Monaten des Sammelns von Proben würde der Fetch Rover den Mars Sample Retrieval Lander erreichen. Dies ist ein Raumschiff, das viele Ähnlichkeiten mit den NASA-Rovers Curiosity und Mars 2020 aufweist.
Es würde eine Hitzeschale und dann einen Fallschirm verwenden, wenn es in die Marsatmosphäre eintritt und schließlich die Aufstiegsrakete auf die Marsoberfläche absenkt. Es würde bis zu 150 Tage auf dem Mars sitzen und auf Proben vom Fetch Rover warten.
Wenn die Proben an Bord geladen wurden, feuerte das Aufstiegsfahrzeug seinen Hybrid- oder Feststoffraketenmotor ab und beförderte die Proben in eine Umlaufbahn von 350 km Höhe.
Dann würde es vom Earth Return Orbiter der ESA abgefangen und ein völlig autonomes Rendezvous in Millionen von Kilometern Entfernung von der Erde stattfinden. Es wird dann einen solarelektrischen Ionenmotor verwenden, um die lange Reise zurück zur Erde zu machen.
Und dann, irgendwann in den 2030er Jahren, werden Wissenschaftler etwa 500 Gramm Material von der Marsoberfläche in die Hände bekommen.
Anfang 2019 nahm das Weiße Haus Geld in sein vorgeschlagenes Budget für eine Mars Sample Return-Mission auf, die idealerweise bereits 2026 starten könnte. Obwohl eine Mission wie diese schon oft vorgeschlagen wurde, war dies das erste Mal, dass eine tatsächliche Finanzierung erfolgte beiseite legen. Die NASA erhielt im Jahr 2020 109 Millionen US-Dollar, um an „zukünftigen Mars-Aktivitäten“ zu arbeiten, die im Wesentlichen die Mission zur Probenrückgabe darstellen.
Nach fast 50 Jahren Planung ist nun eine ernsthafte Probenrückführungsmission zum Mars in Arbeit.
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