Meer details bekend over ESA’s en NASA’s Mars monstername missie

NASA en ESA hebben meer details gegeven over het Mars Sample Return programma dat volgend decennium moet gaan plaats vinden. Het is een programma dat bestaat uit meerdere rovers, landers en satellieten die uiteindelijk bodemmonsters van Mars op Aarde moeten brengen. Vooral ESA heeft al veel werk verricht aan het ontwerpen van een orbiter (Earth-return orbiter (ERO)) en een kleine rover die de monsters ophaalt (de sample retrieval lander/fetch rover (SRL)).

Het eerste stap is het verkrijgen van bodemmonsters met de Mars 2020 rover. Deze is al voor een groot deel geassembleerd. Je kunt op de live webcam zien dat de mast met camera’s en de zes wielen al gemonteerd zijn.

pia23314-16.jpg
De Mars 2020 rover in de assemblagehal bij het Jet Propulsion Laboratory in Californië. Foto: NASA/JPL-Caltech

In juli 2026 moet een NASA lander gelanceerd worden die in de omgeving van de Mars 2020 rover gaat landen met de Europese fetch rover aan boord. Die datum is opmerkelijk. Het lanceerwindow voor vluchten naar Mars is dat jaar namelijk pas in oktober. Deze lander neemt dan ook niet de snelle route naar Mars (van pakweg 7 maanden), maar volgt een traject dat de lander pas in augustus 2028 neerzet op Mars. De reden hiervoor is dat de lander en de Europese rover voorzien zijn van zonnepanelen en op het moment van aankomst volgens de snelle route is een verhoogde kans voor stofstormen die het zonlicht tegenhouden. In augustus 2028 is de kans op stofstormen klein.

Mars_sample_returnjpl.jpg
Zo zou de lander met raket er uit kunnen zien. Al is dit ontwerp van 2012, lang voor de huidige plannen besproken zijn. Afbeelding: NASA/JPL.

NASA denkt op dit moment aan een lander vergelijkbaar met het platform dat gebruikt is op Mars InSight en Mars Phoenix. Maar ze zijn er nog niet helemaal uit of misschien toch een skycrane gebruikt moet gaan worden, zoals die van Curiosity. De Mars 2020 rover gaat monsters achterlaten op het oppervlak en de Europese fetch rover pakt die op en brengt hem bij de lander. De lander laadt de monsters in container ter grootte van een basketbal en brengt die in een kleine raket. NASA denkt aan een tweetraps raket met vaste brandstof of een eentraps raket met een combinatie van vast en vloeibaar.

Maar stel dat de fetch rover om een of andere reden kapot gaat. Kan er dan niet een of ander monster in de buurt opgepikt worden (een zogenaamd “contingency sample”)? Daar voorziet het ontwerp niet in, maar NASA heeft ander idee: ze laten dan de Mars 2020 rover langs komen rijden die dan alsnog monsters direct aanlevert.

Mars_Sample_Return_overview
De Earth-return orbiter brengt bodemmonsters van Mars naar Aarde. Afbeelding: ESA/ATG Medialab.

ESA levert de satelliet die de monsters terug brengt naar Aarde. Het wordt een grote satelliet. De zonnepanelen ervan zijn van het ene tot andere einde 40 meter lang. Deze satelliet wordt in 2026 op een Ariane 6 raket naar Mars gestuurd om daar met een chemische remraket in een elliptische baan te komen. De satelliet heeft ook ionenmotoren en door gebruik van beide voortstuwing wordt de baan in stappen verlaagd. Daarna werpt de satelliet het gedeelte met de chemische motor af, om gewicht te besparen op de terugweg.

In de lente van 2029 worden de monsters vanaf het Mars oppervlak gelanceerd in een baan. De Earth-return orbiter zal 6 maanden bezig zijn om de container met monsters op te sporen en te benaderen. NASA bouwt het mechanisme waarmee de monsters aan boord worden gehaald. Ze worden vervolgens in de terugkeermodule gebracht die de monsters uiteindelijk op Aarde brengt. Als dat gelukt is wordt het mechanisme om de container te grijpen ook overboord gegooid om nog meer gewicht te besparen.

Daarna zal de Earth-return orbiter zijn baan rond Mars met de ionemotor steeds vergroten tot het rond 2031 op weg is naar Aarde. De landing van de terugkeercapsule moet plaats vinden in 2032 in de Amerikaanse staat Utah. Dit zijn de eerste monsters uit de ruimte die een kans hebben microorganismen te bevatten. Daar zijn daarom hoge eisen aan verbonden. Zo moet de capsule gesloten blijven, zelfs als de parachutes falen.

Daar heeft NASA, dat de capsule levert, nog eens over nagedacht en ze denken er nu over om de capsule dan maar helemaal zonder parachute te laten neerkomen. Ze zijn al begonnen met tests van een mogelijk ontwerp. Ook de buizen voor de monsters aan boord van de Mars 2020 rover zijn ontworpen met dat concept in gedachte. De monsters zelf zouden dermate schokvrij blijven dat ze niet meer krachten ondervinden dan dat van een telefoon die van tafel valt.

Het Mars Sample Return programma hangt nog wel af van het verkrijgen van voldoende budget. In november beslissen Europese ministers over het budget van de Earth-return orbiter. NASA moet hopen dat zij in het volgende fiscale jaar voldoende budget krijgt om de lander te ontwerpen.

Bron:

http://www.planetary.org/blogs/guest-blogs/2019/nasa-esa-latest-msr-plan.html

Coverafbeelding: ESA–K. Oldenburg

 

ESA druk met Mars rover en een monstername missie

Juli volgend jaar moet de Europese Rosalind Franklin rover (voorheen ExoMars rover) gelanceerd worden naar Mars. Op dit moment zijn technici druk bezig om de rover in elkaar te zetten. Rosalind Franklin heeft een complex laboratorium aan boord dat op zoek moet gaan naar leven. Hier zie je hoe het lab in het frame van de rover geplaatst wordt.

 

Het internationale programma om monsters van Mars naar Aarde te brengen begint ook vorm te krijgen. NASA’s Mars 2020 rover wordt volgend jaar al gelanceerd om op zoek te gaan naar interessante monsters in de Jezero krater. Daar liggen de restanten van een rivierendelta. ESA levert twee belangrijke onderdelen aan het Mars Sample Return programma: een kleine rover die monsters gaat brengen bij een raket van NASA (Mars Ascent Vehicle) die de monsters in een baan rond Mars brengt. Een satelliet van ESA (de Earth Return Orbiter) gaat ze daar ophalen en naar Aarde brengen.

 

Als de monsters eenmaal op Aarde zijn, is het werk nog niet gedaan. Wetenschappers zijn nu al aan het nadenken in welke volgorde het onderzoek op Aarde gedaan moet worden. De Mars 2020 rover verzamelt monsters van allerlei lokaties en stopt de meest interessante daarvan in poedervorm in buisjes. Die buisjes worden geplaatst in een container. Is de container eenmaal gevuld met buisjes, dan wordt de container achtergelaten op het oppervlak van Mars. Omdat het op Mars over het algemeen nogal koud is, is het alsof het in de vriezer blijft.

Mars_sample_container.jpg
De container voor Mars-monsters die NASA’s Mars 2020 rover gaat achter laten. Deze container is ongeveer zo groot als een voetbal. (Foto: ESA-Anneke Le Floc’h)

Als de container op Aarde komt, mogen Aardse omstandigheden de monsters niet beïnvloeden, maar ook mogen eventuele microorganismen van Mars de Aarde ook niet besmetten. De container wordt daarom na landing naar een speciaal laboratorium gebracht waar de container tegen inerte atmosfeer wordt geopend. Waarschijnlijk bevindt zich in die container ook al wat materiaal van Mars, dus dat wordt ook onderzocht.

Mars_Sample_Return_overview.jpg
De Earth Return Orbiter gaat monsters van Mars naar Aarde brengen. Het wordt door ESA geleverd. (Afbeelding: ESA/ATG Medialab)

De buisjes met monster kunnen al voor opening onderzocht worden met röntgen-apparatuur. In de buisjes zit ook Mars-atmosfeer, dus dat moet eerst afgetapt worden om ook dit te onderzoeken. Daarna zullen wetenschappers in de rij staan om de bodemmonsters zelf te onderzoeken. Uiteindelijk moeten de monsters gesterliseerd worden. Dat klinkt nogal schokkend, als je zoveel moeite en zoveel miljarden hebt gestoken om Mars-monsters naar Aarde te halen. Maar dat schrijft het Planetary Protection protocol voor om onzelf te beschermen tegen eventueel leven van Mars.

Bronnen:

http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2019/05/ExoMars_rover_science_laboratory_fitted

http://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/Europe_to_Mars_and_back

http://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/Mars_on_Earth_what_next