Warum hat die NASA noch kein stationäres Labor auf dem Mars errichtet?

Um die Frage ad litteram zunächst zu beantworten , hat die NASA bisher vier stationäre Labore erfolgreich auf dem Mars gelandet (Mars-Landedaten in Klammern):

• Viking Lander 1 (20. Juli 1976),
• Viking Lander 2 (3. September 1976),
• Mars Pathfinder (4. Juli 1997) und
• Phoenix Mars Lander (25. Mai 2008).

Hier sind ihre Landeplätze auf einer mit Mars Orbital Data Explorer erstellten Marskarte :

Und im Jahr 2016 soll der Lander InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) der NASA am 20. September 2016 auf dem Mars landen. Dies sind alles stationäre, nicht mobile In-situ-Roboterlabors.

Warum unbewegliche Lander verwenden? Ich berühre später in meiner Antwort einen wichtigen Punkt mit Problemen mit Roverrädern, aber nicht alle Wissenschaften, die wir auf dem Mars (oder anderswo) betreiben wollen, erfordern tatsächlich ein mobiles Wissenschaftslabor. Wenn Sie also die Abhängigkeit von Stellantrieben und die Verwendung anderer beweglicher Teile vermeiden können, könnten Sie offensichtlich einen robusteren Lander bauen, der billiger und leichter wäre und auch vereinfachte KI- und Leistungsbeschränkungen für den Betrieb erfordern würde. Einige langfristige Anwendungen könnten der Messung von Umweltbedingungen und -veränderungen, dh einer Wetterstation, Kommunikationsrelaisstation, Seismologie, Strahlungs- und Einstrahlungsexperimenten, Tiefeis-/Regolith-Bohrungen und Probenentnahmen, vorgefertigten Gewächshäusern/Biodom-Experimenten, Labor, Astronomie, sogar dienen ein Basislabor für andere mobile Einheiten, bemannte Missionen oder als Komponenteneinheit zuIn-situ-Ressourcennutzung (ISRU)-Prozesse, Produktion und Herstellung.

Nun, warum es nicht mehr von ihnen gibt. Vielleicht kann diese Infografik das klarste Bild zeichnen (klicken Sie auf das Bild für eine Beschreibung und Links zu Versionen in Postergröße):

Ja, die Landung auf dem Mars ist hart, all diese Linien, die auf der Infografik am äußersten Ring um den Mars schneiden, zeigen gescheiterte Missionen zum roten Planeten. Unter vielen Fehlern ist auch einer der Lander der NASA - Mars Polar Lander . Kein Wunder also, dass wir erwachsene Männer in Videos der MSL Curiosity -Landung sehen können, als sie am 6. August 2012 erfolgreich landete. Die Sky Crane-Landung der MSL wurde von der NASA als Curiosity's Seven Minutes of Terror bezeichnet ein guter Grund;

Niemand hat jemals zuvor etwas Vergleichbares versucht. MSL war zu schwer, um wie seine leichteren Vorgänger sicher auf die Marsoberfläche gebracht zu werden, es wurde mit einem Satz Drogue- und Hauptrutschen auf eine akzeptable Fallgeschwindigkeit abgebremst und in eine Traube aus Airbags eingeschlossen , die als Aufpralldämpfer dienten und ihre endgültige Landung durch Aufprall abfederten an der Oberfläche bis zum vollständigen Stillstand. Für Pakete, die beispielsweise eine Tonne wiegen, erfordert die Landung auf dem Mars die Abhängigkeit von weitaus komplizierteren EDL-Systemen (Entry, Descent and Landing). Ein ausgeklügeltes Design, das derzeit vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA entwickelt wird, ist der Low-Density Supersonic Decelerator (LDSD). Wenn die Mackendieses neuen Ansatzes zum Eintritt und Abstieg von Teilen der EDL erfolgreich bewältigt werden kann und sich die Technologie als zuverlässig erweist, würde sie die Lieferung schwererer Nutzlasten zur Landephase von EDL auf dem Mars ermöglichen, aber sie befasst sich nicht mit der Landung selbst.

Aber Schwierigkeiten enden nicht mit einer erfolgreichen Landung. Für Robotermissionen (und es gab bisher keine anderen) ist die Umgebung des Mars rau. Extrem feine Körnung und scharfer Staub aufgrund fehlender Luftfeuchtigkeit, der in die engsten Öffnungen gelangen kann, ätzende Perchloratsalze in seinem obersten Regolith , Staubstürme und Staubteufel, die zufällig abdecken oder reinigen könnenSonnenkollektoren, niedriger atmosphärischer Druck (~ ein halbes Prozent des mittleren Meeresspiegeldrucks der Erde), der die konvektive Wärmeübertragung einschränkt und das Aerobraking und den Fallschirmabstieg erschwert, niedrige Durchschnittstemperaturen und extreme tägliche Temperaturzyklen mit Temperaturunterschieden aufgrund des atmosphärischen Drucks innerhalb von zehn Grad Von Kopf bis Fuß, raues und unverwittertes, nicht durchquertes Gelände, das alle möglichen bösen Überraschungen verbirgt, wie z und weiter, wirklich.

Und dann ist da noch die Kommunikationsverzögerung von mindestens etwa 4 Minuten in eine Richtung, abhängig von der Nähe des Mars zur Erde, aber häufiger in der Größenordnung von über 20 Minuten für die Hin- und Rückfahrt der Kommunikation, was das Design von Robotermissionen weiter und erheblich erschwert senkt, was wir von ihnen erwarten können. Wenn ich Douglas Adams Analogie mit der menschlichen Faszination für digitale Armbanduhren wiederverwenden kann, sind wir in Bezug auf die Roboterautonomie jetzt ungefähr in dem Stadium, in dem wir von automatischen Hausreinigern fasziniert sind, die ihren Weg um Hindernisse herum finden und sich selbst anschließen können Gitter, wenn ihnen der Saft ausgeht. Wir sind noch nicht weit genug für eine Basislaborstation, zu der Roboterforscher Proben zur Analyse auf einem anderen Planeten zurücksenden.ExoMars-Rover und Mars 2020-Rover - Missionen der NASA .

MSL hat auch Probleme mit seinen Rädern , und der Rover Opportunity (MER-B) fährt seit Jahren rückwärts und schleift das rechte Vorderrad mit, da es seit Mitte 2011 anfing, mehr elektrischen Strom zu ziehen als die anderen. Gleiche Abschwächung oder Fahrt umgekehrt, um die Belastung und den Verschleiß an beschädigten Rädern zu reduzieren, wurde mit dem Spirit (MER-A) Rover verwendet und wird jetzt auch mit dem MSL Curiosity Rover verwendet. Das liegt alles an der Entfernung, die sie seit ihrer Inbetriebnahme durch das unwegsame Gelände zurückgelegt haben. Wenn diese Rover umkehren müssten, um Proben zu einem stationären Labor zurückzubringen, könnte sich die Entfernung, die sie zurücklegen müssten, für etwa die gleiche Menge an geleisteter Wissenschaft verdoppeln, und ihre Reichweite von dem Basislabor, das sie erkunden könnten, wäre ziemlich begrenzt. Was schade wäre, denn der Mars überrascht uns immer noch täglich .

Der Mars ist auch ziemlich groß, mit einer enormen Vielfalt an Merkmalen und vielen umkehrbaren Barrieren, die ihn umgeben. Es wäre also eine Schande, so viel in die Erkundung eines einzelnen Gebiets zu investieren, wenn Sie für das gleiche Geld ein größeres Gebiet in vielen verschiedenen Gebieten abdecken können und auch eine gewisse Redundanz vorhanden ist, falls einige der Einheiten ausfallen oder etwas anderes ausfällt falsch, bevor er überhaupt sicher auf dem Mars landet. Wenn Sie ein stationäres Labor und eine Forscher/Arbeiter-Einheit haben , die voneinander abhängig sind, haben Sie Ihre Ausfallwahrscheinlichkeit um 100 % erhöht, da ein Ausfall einer der beiden die andere Einheit obsolet machen würde. Mit der aktuellen Statistik der Erfolgsquote von Mars-Missionen ist niemand bereit, seine Chancen von der Missionsplanung an zu verringern.

In den 1970er Jahren schickte die NASA zwei Viking -Sonden zum Mars. Ist das das „unbewegliche Labor“, das Sie suchen?
Der Nachteil eines stationären Landers ist, dass er nur an einem Ort Daten sammeln kann. Wenn Sie mit der Analyse dieses Ortes fertig sind, ist die Mission beendet. Ein Rover hingegen kann Daten an verschiedenen Orten sammeln. Seine Mission kann so lange dauern, wie sich der Rover bewegen kann.
Ein kleines Gebäude aus der Ferne zu bauen, scheint viel Aufwand für wenig Wert zu sein.

Die kurze Antwort ist, dass es einfacher ist, einen Rover mit all dem Labormaterial darauf zu bauen.

Die Wiederverwendung von Dingen im Weltraum ist schwieriger als man denkt. Wenn es ein wiederverwendbares Labor gäbe, müsste es neu bestückt, repariert usw. werden. Verschiedene Rover müssten mit dem bestehenden Labor „kompatibel“ sein, was neue Entwicklungen behindert.

Nicht nur das, die Rover müssten auch hin und her zur Laboreinheit reisen, und die Rover sind ohnehin langsam!

Re Quora Feans Kommentar

Ich stelle mir vor, dass das OP bedeutet, ein festes Labor an einem geeigneten Ort und einen kleineren Rover zu haben, der Proben sammelt und sie zu diesem Labor bringt.

Ähnlich funktionierte die Mission Mars Pathfinder von 1997 . Der Sojourner-Rover hatte keinen Roboterarm. Es hatte auch nicht die Fähigkeit, mit der Erde zu kommunizieren. Das war die Aufgabe der Basisstation. Die Pathfinder-Basisstation trug auch eine Reihe stationärer Experimente.

Es gibt mehr Lander-Missionen zum Mars als Rover-Missionen. Die NASA hatte die meisten Rover-Missionen, und selbst sie hatten mehr Lander als Rover. Die NASA hatte vier Lander-Missionen (von denen eine fehlschlug), drei Rover-Missionen und eine Lander/Rover-Mission (Pathfinder/Sojourner).

Planetenwissenschaftler müssen noch einen einzigen Ort auf dem Mars identifizieren, an dem ein stationäres Labor oder eine andere Struktur sinnvoll ist. Ich nehme an, wenn Sie für Daten aus vielen Marsjahren am selben Ort plädieren könnten, könnten Sie eine Mission verkaufen, vielleicht ein Wetterstationskonzept.

Was andere permanente Strukturen angeht, habe ich bisher nur Pläne gesehen, sich auf bemannte Missionen vorzubereiten oder Teil davon zu sein, von denen die interessantesten für mich in-situ-Ressourcennutzungspläne sind , die vorausgeschickt werden, um Verbrauchsmaterialien für die Unterstützung herzustellen Kolonisation.