Beispielrückkehrmission zum Mars

Es ist möglich und es sind mehrere solcher Missionen geplant oder vorgeschlagen:

• Der Russe Roscosmos schlug eine Mars-Grunt- Mission vor, die auf der Phobos-Grunt- Sample-Return-Technologie basieren sollte (der erste Phobos-Grunt ging schief, aber ich habe gehört, dass sie mit der Planung von Phobos-Grunt 2 begonnen haben ). Das Rücksendegewicht der Probe würde laut diesem Dokument der Roscosmos Space Missions (PDF) etwa 0,2 Kilogramm (0,44 lb) betragen.
• China hat Pläne , den Mars auf ähnliche Weise zu erkunden, wie sie es jetzt mit der Monderkundung tun, also zuerst Orbiter, dann Lander, gefolgt von Probenrückführungsmissionen bis 2030 und so weiter. China neigt dazu, zwei identische Schiffe statt nur einem zu bauen, was die Robustheit der Mission im Falle eines unerwarteten Scheiterns erheblich erhöht. Die Masse und Größe der Rückproben, auf die sie abzielen würden, ist noch unbekannt.
• Gemeinsame NASA-ESA-Pläne über die Mars Joint Exploration Initiative zielten auf den Zeitrahmen 2020-2022 ab, aber das ist jetzt ungewiss, da die Rover-Mission Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C) abgesagt wurde. Das MAX-C-Projekt zielte auf die Rückgabe von Caches mit 20 Proben ab, die wahrscheinlich weniger als ein halbes Kilogramm wiegen.
• Die NASA hat viele Vorschläge über ihr Mars Exploration Program , zum Beispiel die Mars Next Generation Mission mit geplanter Probenrückgabe im Zeitraum 2018-2024 ( Summary of the Final Report, Mars Program Planning Group (PDF)), Mars 2020 Rover Mission , das ist auch ein in der Studie befindliches Konzept mit einem angestrebten Starttermin im Jahr 2020 mit Ambitionen, Muster zurückzugeben, und so weiter. Die Rover-Mission Mars 2020 soll bis zu 31 Gesteinskern- und Bodenproben mit einem Durchmesser von jeweils 1 cm sammeln.

Und es könnte weitere solche geplante Missionen in verschiedenen Projektphasen geben. Was die Möglichkeit betrifft, gibt es viele mögliche Wege, dies zu tun, und einige solcher Konzepte sind auf der Wikipedia auf Mars Sample Return Mission aufgeführt - NASA-Vorschläge , die eine Architektur mit einem Start unter Verwendung von Hall-Effekt -Triebwerken und eine Architektur mit zwei Starts auflisten Orbiter und Lander mit einer Rückkehrstufe und ich nehme an, Mars Orbit Rendezvous, und eine Architektur mit drei Starts mit einem Rover zum Sammeln von Proben, einem Orbiter und einem Mars Ascent Vehicle (MAV).

Für den letzten Teil Ihrer Frage, ob es möglich ist, zurückgegebene Proben in der Erdumlaufbahn zu erfassen, glaube ich, dass dies der Fall wäre, aber wahrscheinlich nicht erforderlich ist, wenn Sie eine Zwei- oder sogar Drei-Start-Architektur mit einem Mars-Orbiter verwenden, der sicher aufbewahrt wird zurückgegebene Proben in seinem Körper. Die Probenrückführungskapsel muss auch nicht groß sein und kann so gebaut werden, dass sie der Luftbremsung der Erde standhält und einen Fallschirm entfaltet, sobald sie ihren Abstieg beim Wiedereintritt ausreichend verlangsamt hat. Ein Beispiel-Cache könnte beispielsweise so aussehen:

   ^{Prototyp für Hardware zum Zwischenspeichern von Proben von Kernen, die aus Marsgestein gebohrt wurden, für eine mögliche zukünftige Rückkehr zur Erde (Quelle: NASA )}

Dies ist also kein so großer Proben-Cache, der in einer Rückgabekapsel aufbewahrt werden würde, und kann 31 Proben mit jedem Kern mit einem Durchmesser von 0,4 Zoll (1 Zentimeter) aufnehmen. Das Problem ist, dass Sie immer noch ein Raumschiff benötigen würden, um die Probenkapsel zur Erde zu bringen und sie in eine Wiedereintrittsbahn zu injizieren, die flach genug ist, damit die Kapsel nicht in der Atmosphäre zerfällt, und ohne ständige Korrekturen wäre dies nahezu unmöglich Umlaufbahn des Mars. Einfach schleudernProben vom Mars und in Richtung Erde würden nicht funktionieren. Verfehlen Sie bei Ihrer Abreise um einen Nanometer und Sie werden Ihr Ziel nicht dort erreichen, wo Sie es geplant hatten, entweder bei weitem die Erde verfehlen oder sie zu direkt treffen und Ihre Kapsel wird beim Wiedereintritt brennen. Und das setzt voraus, dass Ihre Berechnungen von Anfang an absolut präzise waren, ohne nennenswerten Fehlerspielraum und ohne erforderliche Flugbahnkorrekturen.

Wenn Sie also ein angetriebenes Fahrzeug mit Triebwerken an Bord haben, das die Kapsel liefert, wie Ihr Mars-Orbiter oder in einer One-Launch-Architektur ein All-in-One-Raumschiff, ist es einfach einfacher (und billiger), es einfach aus der Nähe der Erde in eine ballistische Flugbahn zu werfen als seine Umlaufbahn zu ändern, um sich mit einem anderen Fahrzeug oder einer Raumstation in der Erdumlaufbahn zu treffen. Vor allem, da Sie für sie leistungsstarke Retrorockets und Treibmittel benötigen würden, die alle zum Gesamtgewicht Ihres Raumfahrzeugs beitragen, um auf eine kreisförmigere Umlaufbahn zu verlangsamen, die für ein Rendezvous von einer hochelliptischen Umlaufbahn bei Ihrer Rückkehr zur Erde geeignet wäre.

Seit etwa 46 Jahren gibt es Pläne, Proben von der Marsoberfläche zurückzubringen. Es gab ein 1998 initiiertes Projekt zur Rückgabe von Proben bis 2008, das jedoch im Jahr 2000 aufgrund anderer Misserfolge der Marsmission im Jahr 1999 abgebrochen wurde.

Derzeit befindet sich der erste Teil einer Mars Sample Return (MSR)-Mission in ernsthafter Planung, bei der es sich um ein fehlendes Sample-Caching handelt, das 2020 gestartet werden soll. Es ist noch keine genehmigte Mission, aber sie ist auf dem besten Weg. Dieser erste Schritt würde Gesteinskerne und andere Proben sammeln und sie in einer Dose, dem so genannten Cache, auf dem Rover für einen späteren Abruf aufbewahren. Seit 2000 sind wir einem „echten“ MSR-Projekt so nah wie möglich gekommen.

Der Mission 2020 könnte ein weiterer Lander folgen, diesmal mit einer Rakete, um die Proben in die Umlaufbahn des Mars zu bringen. Dann könnte ein Rückorbiter die Proben in der Marsumlaufbahn aufnehmen, sie zur Erde bringen und ein Einstiegsfahrzeug mit den Proben zur Landung schicken. Jene Missionen, die weiter in der Zukunft liegen, befinden sich in viel beginnenderen Planungsstadien.

Die Rücksendung von Proben vom Mars ist zwar schwierig und kompliziert, aber durchaus möglich. Eine Sache, die über die Jahre relativ konstant war, war, dass die gesammelte und zurückgegebene Probe in der Größenordnung von 500 Gramm Material liegen würde.

Eine der Anforderungen an MSR besteht darin, beim Eintritt oder bei der Landung keine Proben vom Mars unbeabsichtigt in die Umgebung der Erde freizusetzen. Die Proben müssen zunächst eine isolierte Empfangsanlage auf der Erde durchlaufen und dort untersucht werden, bevor sie für eine offenere Verwendung in anderen Labors in die Umwelt der Erde abgegeben werden können. Als sicherster Ansatz erscheint daher der direkte Einstieg und die Landung, da dies mit dem einfachsten, robustesten Fahrzeug mit großen Margen möglich ist. Es braucht nicht einmal einen Fallschirm. In die Erdumlaufbahn zu gehen, von einem anderen Fahrzeug zurückgeholt zu werden und dann sicher in dieses Fahrzeug einzudringen und es zu landen, fügt weitere Fehlermöglichkeiten für unbeabsichtigtes Eindringen und Auseinanderbrechen hinzu.

Der springende Punkt ist, die Proben in die Laboratorien der Erde zu bringen, also müssen sie früher oder später eintreten und landen.