Marsin näytteen palauttamisoperaatio

Näyte paluu operaation marsilaiset (in Englanti Mars Sample Return tai MSR ) on avaruusluotain , jonka tarkoituksena on kerätä näytteitä Marsin maaperän ja palautus Maahan varten analysointia . Tämäntyyppiset tehtävät ovat olleet aurinkokunnan etsinnän kärjessä tutkijoiden keskuudessa noin 30 vuoden ajan. Ainoastaan ​​Marsin maaperän näytteet, jotka on valittu huolella paikan mukaan niiden mahdollisen kiinnostuksen kohteiden suhteen ja joilla on geologinen konteksti, sallivat, kun ne palautetaan maapallolle, tehdä perusteellisia analyyseja vain planeettallamme olemassa olevan raskaan kaluston ja niin antaa tietoja Marsin historian jäljittämiseksi ja sen selvittämiseksi, onko elämää olemassa ja missä muodossa. Mutta tämän tyyppinen tehtävä kamppailee toteutumalla sen kustannusten (joidenkin arvioiden mukaan 10 miljardia Yhdysvaltain dollaria), sen esiin tuomien teknisten haasteiden (Marsin raketti, kiertorata-kohtaaminen ilman ihmisen väliintuloa) ja suurten epäonnistumisriskien vuoksi. Useita skenaarioita on tutkittu enemmän tai vähemmän laajasti 1980-luvulta lähtien, mutta yksikään ei ole onnistunut johtamaan toteutumiseen.

Lopuksi vuonna 2009 kehitettiin NASA: n ja Euroopan avaruusjärjestön (ESA) yhteishanke , joka vaati kolmen erillisen tehtävän kehittämistä, 500 gramman marsilaisnäytteiden palauttamiseksi maapallolle. Mutta tämä ohjelma keskeytetään amerikkalaisen avaruusjärjestön toteuttamien budjettineuvottelujen seurauksena. Operaatio tulee ajankohtaiseksi uudelleen päätöstä NASA ilmoitti lopussa 2012, kehittää Mars 2020  : tämä Rover asetettu helmikuussa 2021 Marsin maaperä on suorittamisesta vastuussa ensimmäinen vaihe näytteen tuoton tavoite: varustettuja välineitä jotta voidaan analysoida huolellisesti valitun laskeutumispaikkansa geologiaa, sen on purettava maasta noin neljäkymmentä ydintä ja muodostettava talletus, jonka myöhempi tehtävä on vastuussa palauttamisesta maahan. Seuraavina vuosina NASA suorittaa tutkimuksia tarkentamaan seuraavia vaiheita. Vuonna 2020 näiden näytteiden talteenotto, jonka pitäisi tapahtua vuosina 2026--2031, siirtyy NASA: n edistyneeseen tutkimusvaiheeseen, johon osallistuu merkittävästi Euroopan avaruusjärjestö. Kahden avaruusjärjestön työn jatkamiseksi on määrärahoja.

Skenaariossa määrätään kahden tehtävän melkein samanaikaisesta käynnistämisestä vuonna 2026: NASA: n valvonnassa olevan avaruusaluksen, SRL ( Sample Retrieval Lander ), on kerrostuttava Marsin maaperälle samalla kun kuljettaja on vastuussa näytteiden etsimisestä. Mars 2020 keräsi ja pienen raketin, joka tuo ne takaisin kiertoradalle kontissa. Toinen avaruusalus, joka on Euroopan avaruusjärjestön valvonnassa, ERO ( Earth Return Orbiter ), asetetaan kiertoradalle Marsin ympärille, tapaa vuonna 2028 raketin, joka tuo säiliön takaisin kiertoradalle, palaa sitten maahan ja pudottaa kapselin vuonna 2031 suoritetun lennon aikana. Pehmeän laskeutumisen jälkeen näytteet analysoidaan laboratoriossa, joka on erityisesti suunniteltu saastumisriskin välttämiseksi.

Tieteelliset kysymykset

Näytteen palauttamismatka

Tehtävällä, jolla saavutettaisiin näytteiden palauttaminen Marsin maaperästä maahan, on monia etuja verrattuna tieteellisiin tehtäviin, joissa käytetään robotteja, jotka on varustettu aluksella olevilla minilaboratorioilla, kuten Mars Science Laboratory  :

Mars-planeetan etenemisen ehtona on nyt tehtävä palata maapallolle näytteistä Marsin maaperästä. Myös planeettatutkimuksen pitkän aikavälin suunnitelmien laatimisesta vastaavan komission vuonna 2011 laatimassa Planetary Science Decadal Survey -raportissa korostetaan tämäntyyppisiä tehtäviä.

Yksityiskohtaiset tavoitteet

IMEWG: n ( Mars Exploration Working Group ) aloitteesta elokuussa 2018 pidetyn kansainvälisen työryhmäkokouksen raportissa määriteltiin näytteen palauttamisoperaation tavoitteet seuraavasti:

Tekniset ja taloudelliset rajoitteet

"Kaikki yhdessä" -skenaario

Ensimmäiset tutkitut marsilaiset palautusskenaariot ovat yksinkertaisia. Ne ovat kopio skenaariosta, jota Neuvostoliiton avaruuskoetin Luna 16 seuraa ottaakseen takaisin näytteen kuun maaperästä.

Mutta Marsilla on suuria eroja kuuhun: se on kauempana ja vaatii siksi enemmän polttoainetta mennä ja palata, sen painovoima on kaksi kertaa niin tärkeä, mikä rankaisee voimakkaasti paluuta Marsin kiertoradalle ja operaation kestoa. Se on jaettava kahteen vuotta Marsin ja Maan välisen etäisyyden takia, mikä antaa sinun siirtyä vain toisesta kahden vuoden välein.

Kaikki yhdessä skenaariossa: vertailun pääelementeistä "kaikki yhdessä" -näytteen paluumatkalla Kuulta ja Marsilta
Vaihe Kuu Maaliskuu Vaikutus
Käynnistä Kuu / Mars Delta-V: 11  km / s Delta-V: 13 kohteeseen 18  km / s Kantoraketin teho
Lasku Delta-V: 1,6  km / s
Delta-V- ilmajarrutuksen käyttö : muutama sata m / s		 Marsin laskeutumispainorajoitus (<~ 1 tonni)
Kierrä Delta-V: 1,6  km / s Delta-V: 4,2  km / s Palautukseen käytetty kantoraketin teho
Lisäys paluureitille Delta-V: 0,7  km / s Delta-V: 2,3  km / s Vaadittu ponneaineiden määrä
Paluu ilmakehään paluunopeus: 11  km / s paluunopeus: 12  km / s Lämpösuojan paksuus (massa)
Operaation kesto muutama viikko ≥ 2 vuotta Laitteiden vastus (pitkäikäisyys), paluuna käytetty kantoraketti, Marsin energialähde
Marsiin laskeutuvan massan rajoitukset

Marsin ympärillä olevan ilmakehän läsnäolo mahdollistaa vetovoimien avulla saapumisnopeuden pudottamisen. Mutta Marsin ilmakehän hyvin pieni tiheys (1% maapallon ilmakehästä) sijoittaa sen laskeutumisskenaarioon. Nykyiset tekniset rajoitukset rajoittavat Marsiin sijoitettavan massan yhteen tonniin.

Skenaariot, joihin sisältyy useita tehtäviä

Ensimmäisten tutkimusten aikana säilytetty yksittäisen tehtävän skenaario on toisaalta vastakkain voimakkaimpien kantorakettien Marsille lähettämien koneiden massarajoitusten kanssa ja toisaalta suurimman mahdollisen massan kanssa, joka voidaan sijoittaa Marsille hallitsemalla tekniikat (enintään noin 1 tonni). Myös NASAn viime aikoina tutkimiin tehtäviin sisältyy kolmen erillisen avaruuskoettimen laukaisu:

  • rover, joka on talletettu Marsin maaperään ja joka on vastuussa mielenkiintoisten maaperänäytteiden tunnistamisesta, ottamisesta ja kunnostamisesta.
  • kone, joka kuljettaa sekä roveria että rakettia. Rover etsii edellisen tehtävän valmistelemia näytteitä ja kuljettaa ne sitten rakettiin, joka nousee ja sijoitetaan matalalle kiertoradalle planeetan ympäri.
  • kiertoradan tyyppinen kone, joka asetetaan matalalle Marsin kiertoradalle, tekee sitten kohtaamispaikan Marsin pinnalta nousevan raketin kanssa. Maaperänäytteet sisältävä astia siirretään kiertoradalle, joka sitten lähtee Marsin kiertoradalta ja alkaa palata maahan. Kun lennetään sen yli, tiputetaan kapseli, joka sisältää näytteet. Se tulee maapallon ilmakehään ja laskeutuu varovasti autiomaassa.

Kustannus

Vuonna 2009 kehitetyn (alla kehitetyn) NASA-skenaarion, joka koostuu kolmesta laukaisusta, arvioidaan olevan noin 6,5 miljardia Yhdysvaltain dollaria, mikä on yli kolme kertaa korkeampi lippulaivaoperaation kuin MSL  : n hinta:

  • 2,2 miljardia dollaria Perseverance-roverille ( maaliskuu 2020 ), joka on vastuussa kiinnostavien geologisten alueiden tunnistamisesta, näytteiden ytimestä ja vakauttamisesta (kustannukset arvioitiin uudelleen 2,7 miljardiksi dollariksi vuonna 2020).
  • 1,4 miljardia dollaria kiertoradalta, joka on vastuussa näytesäiliön talteenotosta ja lauttamisesta sen jälkeen maahan.
  • 2,4 miljardia dollaria Marsin maaperälle talletetusta sarjasta, mukaan lukien näytesäiliön talteenotosta vastaava kuljettaja, Marsin kiertoradalle asettamisesta vastaava minihyppääjä ja laukaisutoiminnot mahdollistavat laitteet.
  • 0,5 miljardia dollaria maapallolle luotuun korkean turvallisuuden laboratorioon, jossa näytteet varastoidaan ja tutkitaan.

Toteutus: maaliskuu 2020 ja projekti 26-26-31

1980-luvulta lähtien on tutkittu useita hankkeita, pääasiassa Yhdysvalloissa, joiden tarkoituksena on tuoda näytteitä Marsin maaperästä maapallolle. Kaikissa tutkimuksissa käsitellään kustannuksia ja teknistä toteutettavuutta koskevia kysymyksiä. Ne mahdollistavat kuitenkin realistisen skenaarion määrittelemisen ja tarkentamisen ja lopulta jakamisen kolmeen tehtävään.

Marsin maaperälle vuoden 2012 lopussa laskeutuneen Curiosity- roverin ( Mars Science Laboratory ) tehtävän sujuvuuden jälkeen amerikkalainen avaruusjärjestö NASA päätti kehittää toisen tehtävän, jonka avulla voidaan hyödyntää toteutettua kehitystä. ulos. Mars 2020 -tehtävän , jonka NASA käynnistää kesällä 2020, on kerätä maaperänäytteitä ja varastoida niitä palatakseen maahan. Maaliskuu 2020 on siis Marsin otospalautusprojektin ensimmäinen vaihe.

Ensimmäinen askel: maaliskuun 2020 operaatio

Avaruusalus maaliskuu 2020 kestää Rover ( Rover ), jota kutsutaan Sinnikkyys keskuksen kehittämään JPL liittyvä avaruushallinnon Yhdysvaltojen vastaaviin ominaisuuksiin Uteliaisuus Rover koetin Mars Science Laboratory , mutta päätavoitteena on tunnistaa, kokoelma näytteitä Marsin maaperän ja näiden näytteiden yhden tai useamman kerroksen muodostuminen hermeettisiin putkiin. Maaliskuu 2020 on määrä maata vuoden 2021 alussa Jezeron kraatteriin . Tämä paikka, joka on vanha pysyvä järvi, joka säilyttää useiden jokien deltajäljet , säilytettiin, koska se voi muodostaa paikan, joka on suotuisa elämän ulkonäölle, ja koska sillä on suuri geologinen monimuotoisuus ..

Tehtävä jatkuu maaliskuussa 2020

Huhtikuussa 2020 voimassa olevan skenaarion mukaan kaksi NASAn ja Euroopan avaruusjärjestön kehittämää avaruussondia on tarkoitus käynnistää vuonna 2026 tavoitteena ottaa talteen rover Perseverancein Marsiin tallettamat maaperänäytteet ja tuoda ne takaisin maahan. vuonna 2031. Vuonna 2018 näiden kahden operaation erittelyvaihe alkaa Euroopan avaruusjärjestössä ja NASA: ssa. Ne on osittain annettu Airbus Defense- ja Space-tehtäville . Tämän työn suorittamiseen on varattu varoja, mutta näillä kahdella virastolla ei ole budjettia niiden toteuttamiseen.

Kaksi loppuohjelmasta vastaavaa tehtävää ovat toisaalta SRL, jonka on näytteet näytettävä Marsin maaperältä (SFR rover) ja tuotava ne takaisin Marsin kiertoradalle (MAV-raketti) ja toisaalta Marsin kiertorata ERO joiden on tarjottava tukea maanoperaatioihin (tietoliikenteeseen) Marsin kiertoradalta, palautettava näytteitä sisältävä säiliö Marsin kiertoradalla tapahtuneen tapaamisen jälkeen, palattava sitten maahan ja vapautettava kapseli sisältävä kapseli maapallon ilmakehään. Jälkimmäisen on laskeuduttava sujuvasti valitulle maalle. Projektisuunnittelu on yksi näiden kahden tehtävän monimutkaisimmista näkökohdista:

  • SRL: n on vältettävä Marsin talvea ja pölymyrskykautta, koska kerran maassa oleva avaruuskoetin saa energiansa aurinkopaneeleista .
  • SRL: n laskeutumisen on tapahduttava suotuisimpana ajankohtana, toisin sanoen silloin, kun Marsin ilmakehän tiheys on suurin. Tämä maksimoi Marsin maaperälle kerrostuneen massan.
  • ERO on suunniteltu toimimaan releenä kaikille Marsin maaperälle talletetuille koneille, jotka osallistuvat maaperänäytteiden talteenottoon: maaliskuu 2020, SRL, SFR, MAV.
  • SRL ja ERO on voitava laukaista olemassa olevilla raketeilla ja avaruuskoettimien kauttakulku on voitava suorittaa ehdotetun aikataulun mukaisesti.

Kaikki nämä rajoitteet johtavat 26-26-31 -kampanjaan, nämä kolme lukua vastaavat vastaavasti kahden koneen käynnistyspäivämääriä (2026) ja vuotta, jolloin näytekapseli saapui maan päälle (2031).

  • Maaperänäytteiden ottaminen Mars 2020 -roverilla

  • Näytteenotto Marsin maaperänäytteestä Mars 2020 -roverilla.

  • Marsin maaperänäytteitä sisältävien putkien tallettaminen

Mission Sample Retrieval Lander (SRL)

Sample Retrieval Lander (SRL) -tehtävä perustuu avaruusalukseen, jonka on laskeuduttava Marsille ja jonka lopullisena tavoitteena on tuoda takaisin Marsin kiertoradalle maaperänäytteiden kontti. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi avaruuskoe kuljettaa toisaalta pienen roverin, nimeltään SFR ( Sample Fetch Rover ), joka etsii maaperänäytteitä sisältäviä putkia sinne, missä Mars 2020 -matkustaja on asettanut ne, ja toisaalta kiinteän ponneaine Mars Ascent Vehicle (MAV ) -raketti näytteiden palauttamiseksi matalalle Marsin kiertoradalle. Tämän tehtävän kulku on seuraava:

  • Avaruuskoetin laukaistiin kesällä 2026 ja saapui Marsin kiertoradalle kaksi vuotta myöhemmin (kesä 2028).
  • SRL tunkeutuu saavuttaessa suoraan Marsin ilmakehään (ilman kiertoradalle asettamista) ja laskeutuu erittäin tarkasti (20 metriä) lähellä yhtä Marsin maaperän näytteistä.
  • SFR-kuljettaja menee varikkokohtaan ja kerää putket yksi kerrallaan. Sitten se palaa laskeutumispaikan lähelle.
  • Putket siirretään laskutelineeseen kiinnitetyllä varrella pienen MAV-kantoraketin yläosassa olevassa säiliössä.
  • Mars 2020 -matkalta lähtevä Perseverance- kuljettaja, jos se on pitänyt joitain maaperänäytteitä (viimeiset kerätyt), voi myös tuoda ne laskeutumispaikkaan siirrettäväksi konttiin.
  • Kontti suljetaan, kantoraketti lämmitetään, sen navigointilaitteet kalibroidaan ja viestintä tarkistetaan. Kun nämä toimet on suoritettu, MAV lähtee Marsin maaperältä tapaamaan ERO-operaation avaruuskoettimen, joka on matalalla Marsin kiertoradalla ja joka on vastuussa näytteiden tuomisesta takaisin maapallolle.
  • Koko maakampanja kesti yhden vuoden (elokuu 2028 - elokuu 2029).
  • Näytteen palautus

  • SRL-laskeutuva laskeutuu Marsin maahan

  • Käyttöönotto

  • SFR-rover kerää putket, jotka sisältävät maalinäytteet, jotka on talletettu maaliskuuhun 2020 mennessä

  • Putket ladataan MAV-rakettiin

  • Näytteiden palauttaminen maahan

  • MAV-raketti nousee maasta päästäkseen matalalle kiertoradalle

  • MAV-raketti vapauttaa näytteet sisältävän kapselin.

Mission Earth Return Orbiter (ERO) -tapahtuma

Earth Return Orbiter (ERO) -tehtävä perustuu avaruusalukseen, joka on sijoitettava matalalle Marsin kiertoradalle. Se toimii tietoliikenteen välittäjänä SRL-maatoiminnan aikana ja palauttaa sitten MAV-raketin kiertoradalle tuoman säiliön. Poistuessaan Marsin kiertoradalta se palaa Maapallolle. Airbus DS ja Euroopan avaruusjärjestö virallistivat ERO: n 491 miljoonan euron suuruisen teollisuussopimuksen IAF: n kansainvälisen astronautikongressin kyberpainoksen aikana 14. lokakuuta 2020. Saapuessaan lähelle sitä vuonna 2031 hän vapautti kapselin. sisältää näytteitä marsin maaperästä, joka laskeutui varovasti maan pinnalle. Tämän tehtävän yksityiskohtainen edistyminen on seuraava:

  • ERO-avaruuskoetin laukaistaan ​​elokuussa 2026 noin pian SRL-operaation jälkeen.
  • Se sopii korkean elliptinen Marsin kiertoradalle lokakuussa 2027 ja sitten käyttää sen ioni käyttövoiman vähentää asteittain korkeudessa sen huippu . Tämän tyyppinen, tehokkaampi käyttövoima mahdollistaa huomattavan pienentää avaruuskoettimen laukaisun massaa ja siten sen kustannuksia, mutta liikkeet kestävät useita kuukausia, koska näiden moottoreiden työntövoima on hyvin pieni. Lisäys kohdistetulle matalalle kiertoradalle on voimassa heinäkuussa 2028.
  • Heinäkuusta 2028 elokuuhun 2029 ERO välitti yhteyden Marsin maaperälle sijoitettujen laitteiden (MAV, SRL, M2020, SFR) ja maan välillä.
  • Elokuun aikana MAV-raketti lähti marsilaiselta maaperältä kuljettamalla näytesäiliötä. Kiertorata tapahtuu säiliön sisältävän kapselin (EOS) ja ERO-kiertoradan välillä. Kummallakin koneella on neljä kuukautta aikaa suorittaa tämä toimenpide (elokuusta marraskuuhun 2029)
  • Kontti siirretään ERO: lle.
  • Joulukuussa 2029 ERO siirtyy vähitellen Marsin matalalta kiertoradalta ionisen työntövoimansa avulla seuraamalla spiraalireittiä.
  • Heinäkuussa 2030 ERO pakenee Marsin vetovoiman ja alkaa palata maahan.
  • Syyskuussa 2031 avaruuskoetin lentää maapallon yli: matkalla se laajentaa kapselia (EES), joka sisältää näytteet, jotka laskeutuvat varovasti maahan.

Aikaisemmat projektit

Ensimmäiset projektit: Viking-ohjelman jatkaminen

Vuonna 1976 NASA onnistui ensimmäistä kertaa laskeutumaan kahteen veneeseen Marsilla osana Viking-ohjelmaa . Nämä kaksi tehtävää ovat onnistuneita, ja amerikkalainen avaruusjärjestö tutkii Marsin planeetan tutkimusohjelman jatkotoimia. Suunnitteilla on useita erityyppisiä tehtäviä, joihin kuuluu viime kädessä tehtävä palauttaa maapallolle näyte Marsin maaperästä rajoittaen itsensä tarvittaessa muutamaan grammaan. Tutkitaan kahta skenaariota. Ensimmäinen käyttää yhtä avaruusalusta, mutta sen vuoksi massa on viisi kertaa suurempi kuin Viking-laskeutujien. Toisessa skenaariossa Marsille sijoitettu kone suorittaa tehtävänsä, kun se on tuonut näytteen takaisin Marsin kiertoradalle, mikä mahdollistaa sen massan rajoittamisen. Toinen myöhemmin tai samanaikaisesti käynnistetty avaruusalus tekee tapaamisen Marsin ympärillä ensimmäisen avaruusaluksen kanssa ottaakseen näytteen ja huolehtii sitten paluusta Maan päälle. Mutta mikään marsilaishankkeista ei toteutunut, kun NASA leikkasi jyrkästi aurinkokunnan tutkimusbudjettia kohdentaakseen varansa Yhdysvaltain kamppailevan avaruuskeskuksen kehittämiseen . Lisäksi Viking-operaatioiden tulokset, jotka eivät mahdollistaneet Marsin elämän olemassaolon osoittamista, sisältävät suuren yleisön tyytymättömyyden Marsiin, joka vie NASA: lta jatkamisen edellyttämän poliittisen tuen.

MRSR

JPL-keskus näki 1980-luvun alkupuolella kaksi Marsin etsintäoperaatiota: kuljettajan ja näytteen palautusoperaation. Halvimman tehtävän (kuljettajan) kustannusten arvioidaan kuitenkin olevan 1,5 miljardia dollaria. Lievän jakson jälkeen NASA: n aurinkokunnan tutkiminen palasi budjettiin 1980-luvun puolivälissä, mikä johti Marsin kiertoradan Mars-tarkkailijan kehittämiseen . JPL-keskus päättää tutkia tehtävää, joka jatkaisi yhdistämällä Marsin pinnan liikkuvan tutkimuksen ja näytteen palauttamisen Maahan. Kuten kaikkien aikojen avaruusalukset, vuonna 2001 käynnistettävän MRSR: n ( Mars Rover and Sample Return ) on asetettava kiertoradalle amerikkalaisen avaruussukkulan avulla, joka vaatii Centaur-G-vaiheen lisäämistä bunkkeriin, jotta se voidaan lähettää Marsille matalan maan kiertorata . Mutta kun otetaan huomioon sukkulan kapasiteetti, tämä rajoittaa avaruuskoettimen massan 7,8 tonniin, kun taas massan arvioidaan olevan 12,75 tonnia. Challenger-sukkulan räjähdyksen jälkeen vuonna 1986, joka johti Centaur G -vaiheen kehityksen pysäyttämiseen, pidettiin liian vaarallisena, tätä skenaariota muutettiin. Tästä lähtien, avaruussukkula ainoastaan sille Lander / Rover ja luotain vastuussa siitä paluuta näytteet alhaisen kiertoradalla Marsin. Titan IV- kantoraketin on käynnistettävä Marsin kantoraketti, joka on vastuussa näytteiden asettamisesta kiertoradalle Marsin maaperältä, ja toisen Titan-kantoraketin on tarjottava propulsiovaihe, jonka on tuotava kuljettaja ja kiertorata Marsille. On odotettavissa, että tämä kokoonpano asetetaan kiertoradalle ilman paineilmajarrupotkuria .

Vuoden 2009 projekti: MAX-C ja ExoMars-ohjelma

Projekti aloitettiin vuonna 2009 jatkona Mars Science Laboratory -ohjelmassa . NASA aikoo sitten kehittää MAX-C-roverin, joka vastaa maaperänäytteiden keräämisestä, ja suunnittelee toisen rahoittamattoman vaiheen hyödyntämistä varten. Vuonna 2010 NASA päätti kohdata budjettiongelmat yhdistää rover-projektinsa ExoMars-ohjelmassa kehitetyn Euroopan avaruusjärjestön kanssa .

Skenaario

Mars näyte tuotto tehtävänä tutkittiin NASA on tehty lukuisia versioita, menestyksekkäin jotka ovat mukana Euroopan avaruusjärjestön peruttiin vuonna 2012 aloitteesta amerikkalaisen viraston. Tämän tehtävän skenaario sisälsi kolme erillistä laukaisua:

  • ensimmäinen kantoraketti lähettää Mars-planeetalle keskiraskan (puolet uteliaisuuden koosta) roverin, nimeltään Mars Astrobiology Explorer-Cacher (tai MAX-C), joka vastaa tieteellisesti kiinnostavien kivien tunnistamisesta, näytteiden keräämisestä ja niiden esikäsittelystä. valmistautua heidän toipumiseensa;
  • toinen raskas Ariane V / Atlas V 550 -luokan raketti laukaisee Marsin kiertoradan (3 tonnia sisältäen 2 tonnia ponneaineita), jonka on vastattava näytteitä sisältävän kapselin paluureitistä Marsin kiertoradan ja maan kiertoradan välillä. Pelastaakseen osan ponneaineille omistetusta massasta se asetetaan kiertoradalle Marsin ympärille ilmajarrutekniikkaa käyttäen  ;
  • kolmas raskas kantoraketti laukaisee avaruusaluksen, jonka on laskeuduttava Marsin maaperään ja jonka hyötykuorma sisältää:
    • pieni kuljettaja (150  kg ), joka on vastuussa näytteiden keräämisestä (MAX-C) ja pystyy ylittämään laskun epätarkkuuteen liittyvän matkan. Suurin etäisyys, jonka hänen on kyettävä kulkemaan, on noin 20  km (meno-paluu). Hänellä on yksi maa vuosi tämän matkan tekemiseksi,
    • kaksivaiheinen kiinteä ponneaine mini-kantoraketti (300  kg ), joka pystyy saavuttamaan matalan Marsin kiertoradan näytesäiliön ollessa hyötykuormassa , jonka massan arvioidaan olevan 5  kg . Tämä kantoraketti on varastoitu kuoreen, jonka on pidettävä lämpötilansa alennetulla alueella ja jonka on annettava sen pysyä pinnalla vuoden ajan. Sen kaksi vaihetta on vakautettu 3 akselilla monoergolipotkurilla. 2,5 metriä korkean kantoraketin on sijoitettava kontti 500 x 100 km elliptiseen matalaan kiertoradalle  ,
    • varsi, joka on vastuussa kontin asettamisesta kantoraketin päälle,
    • laukaisualusta (550  kg käsivarren kanssa);
  • mini-kantoraketti palaa matalalle kiertoradalle ja kiertorata tekee automaattisen tapaamisen muutaman viimeisen metrin aikana säiliön kanssa optisen ilmaisimen avulla ja säiliöön asennetun transponderin ohjaamana. Palautusjärjestelmä on koripallokehä, johon kontti asetetaan. Jälkimmäinen siirretään sitten näytteen palautuskapseliin, joka on kiinteä kiertoradan kanssa;
  • kiertorata käyttää käyttövoimaansa asettaakseen itsensä takaisin maalle;
  • näytteet sisältävä kapseli pudotetaan lähelle maata, palaa takaisin ilmakehään ja laskeutuu maahan suurella nopeudella ilman laskuvarjoa.

Maapallolle saapumisen jälkeen näytteet varastoidaan P4-tyyppiseen laboratorioon (viisi turvallisuustasoa vastaavat maksimaalista turvallisuutta). Näytteet on jaettu kahteen osajoukkoon, joista toista varastoidaan 20 tai 30 vuoden ajan, jotta voidaan hyötyä analyysitekniikoiden tällä hetkellä saavutetusta edistyksestä. Saapumisensa jälkeen tutkitut näytteet analysoidaan roboteilla Marsin olosuhteita toistavassa ympäristössä.

  • Tehtävä Mars-näytteen palautus: toinen kone sijoittaa Marsille kuljettajan, joka on vastuussa näytesäiliön ( 4 ), raketin ( 2 ), jonka on tuotava se takaisin Marsin kiertoradalle, palauttamisesta, laukaisualustan ( 3 ) ja nivelvarren ( 1). ), joka vastaa kontin asettamisesta kantoraketin kotelon alle.

  • Tehtävä Mars-näytteen palautus: Marsin kiertorata paluu maapallokapseliin ( 1 ) ja talteenottojärjestelmä ( 2 ) näytesäiliöstä ( 3 ).

  • Mission Mars -näytteen palautus: skenaario näytesäiliön palauttamiseksi. Annetaan tarkkuus lasku on määritelty ellipsin ( 1 ) on keskitetty Rover ( 2 ), joka tunnistetaan ja ilmastoitu näytteet (MAX-C,Maaliskuu 2020), viimeisen laukaisun tuoman kuljettajan on tehtävä edestakainen matka ( 5 ) laskeutumispaikan ( 4 ) ja ensimmäisen kuljettajan välillä.

Vuoden 2009 projektin hylkääminen

Vuonna 2011 NASA päätti budjettisyistä peruuttaa MAX-C -näytteenottoprojektin . Vuonna 2012 Yhdysvaltain avaruusjärjestö luopui osallistumisestaan Euroopan avaruusjärjestön European ExoMars -ohjelmaan , tapahtumaan, jonka tiedeyhteisö kokee traumana (Euroopan avaruusjärjestö kääntyy Venäjän puoleen muun ExoMars-ohjelman ajaksi.) . Marsilaisten näytteiden palauttaminen lykätään määrittelemättömään päivämäärään.

  • Kuva vuoden 2009 skenaariosta

  • Maaperänäytteiden ottamisesta vastaava MAX-C-kuljettaja.

  • Rover kuljetuksesta vastuussa MAX-C-näytteitä käynnistysohjelman .

  • Raketti vastuussa kanteen näyteastian takaisin valmis aloittamaan.

  • Käynnistä raketti, joka kuljettaa näytesäiliötä.

Huomautuksia ja viitteitä

  1. (in) Steve Squyres, "  Visions ja matkoja, Planetary Science vuosikymmenellä  " ,maaliskuu 2011
  2. (in) Kansainvälinen MSR-tavoitteet ja näytteet -ryhmä (iMOST), "  Marsin näytepalautuksella maapallolle toimitettujen tieteen ja tekniikan näytteiden potentiaalinen arvo  " , MEPAG ,14. elokuuta 2018, s.  1-186 ( lue verkossa )
  3. R. Braun ja R Manning s.  12-16
  4. (en) Firouz Naderi, "  Mars Sample Return Campaign: An Overview  " , NASA, noin 2009
  5. Austin Nicholas, "  MSR Timeline and Concept of Operations  " , MEPAG , NASA,15. huhtikuuta 2020
  6. (vuonna) S. Vijendran J. Huesing F. Beyer, A. McSweeney, Euroopan avaruustutkimus- ja teknologiakeskus (ESTEC), "  March SAMPLE RETURN RETURN EARTH ORBITER MISSION OVERVIEW  " , pdf ,2018
  7. "  Airbus: ESA antaa kaksi tutkimusta Marsin näytteille  ", VotreArgent.fr ,5. heinäkuuta 2018( lue verkossa , kuultu 6. heinäkuuta 2018 )
  8. (in) Paolo Ulivi ja David M Harland aurinkokunnan robottikartoitus Osa 1 Kulta-aika 1957-1982 , Chichester, Springer Praxis2007, 534  Sivumäärä ( ISBN  978-0-387-49326-8 ) , s.  270
  9. (in) Paolo Ulivi ja David M Harland Robotic tutkiminen Solar System Osa 2 katkokset ja uusiminen 1983-1996 , Chichester, Springer Praxis2009, 535  Sivumäärä ( ISBN  978-0-387-78904-0 ) , s.  335-342
  10. Paul De Brem "  Eurooppa vie haasteen exomars  ", Ciel et Espace , n o  510,marraskuu 2012
  11. (in) "  Kansainvälinen yhteistyöavain planeettojen etsintään, nimeltään Vanhentunut  " ,22. elokuuta 2012

Bibliografia

Skenaario 2020--2031 -matkasta (maaliskuu 2020, ...)Aikaisemmat skenaariot
  • ( fr ) Robert Zubrin et ai. , "  Menetelmien vertailu Mars-näytteen palautusoperaatioon  " , American Institute of Aeronautics and Astronautics ,1996, s.  1-7 ( lue verkossa ) Eri skenaarioiden vertailu (1996)
  • ( fr ) Robert Oberto et ai. , "  Mars-näytepalautus, Team-X: n (JPL: n edistyksellinen projektisuunnitteluryhmä) käsitteiden suunnittelu  " , IEEE ,2002, s.  1-15 ( lue verkossa ) JPL Team X -skenaario vuonna 2002
  • (en) H. Price et ai. , "  Mars Sample Return Spacecraft Systems Architecture  " , NASA? , 1998 ?, P.  1-18 ( lue verkossa ) Ranskalaisamerikkalainen skenaario 1990-luvun lopulla
  • ( fr ) Firouz Naderi et ai. , "  Mars Sample Return Campaign: An Overview  " , NASA , 2009 ?, s.  1-31 ( lue verkossa ) Esitys vuoden 2009 NASA-skenaariosta
Tutkimukset, jotka on omistettu tehtävän erityispiirteille
  • (en) J. Withehead et ai. , "  Mars Ascent -ongelman määritteleminen näytteen palauttamiseksi  " , American Institute of Aeronautics and Astronautics ,8. elokuuta 2008, s.  1-10 ( lue verkossa ) Analyysi näytteiden sijoittamisesta Marsin kiertoradalle vastaavan kantoraketin kehittämisen aiheuttamiin ongelmiin (2008)
  • (en) R. Braun ja R Manning, Mars Exploration Entry, Descent and Landing Challenges ,2009( lue verkossa )Tekninen kuvaus Mars-laskeutumisen aiheuttamasta ongelmasta (EDL) ja kahden asiantuntijan ratkaisut
  • ( fr ) Paulo Younse et ai. , "  Näytteen käsittely-, kapselointi- ja säiliöalijärjestelmäkonsepti Mars-näytteen välimuistilähetystehtäviin  " , AIAA ,2010, s.  1-56 ( lue verkossa ) Marsin maaperänäytteiden käsittelyn ja varastoinnin käsitteet (2010)
  • ( fr ) Steven R. Oleson et ai. , "  Mars Earth Return Vehicle (MERV) Propulsiovaihtoehdot  " , AIAA ,2010, s.  1-56 ( lue verkossa ) Paluu maavaiheeseen -tutkimus (2010)
Tieteelliset tutkimukset
  • (en) Kansainvälinen Mars-arkkitehtuuri näytteiden palauttamiseksi (iMARS) -työryhmä, "  iMARS-vaihe 2: Luonnos Mission Architecture and Science Management Plan for Return of Sample (iMARS) Working Groups  " , MEPAG , voi.  18, n °  51,huhtikuu 2018, s.  1-131 ( DOI  10.1089 / ast.2018.29027.m maaliskuu , lue verkossa ) - Tieteellinen organisaatio, tieteellisen työn suunnittelu, näytteiden hallinta
  • (en) Kansainvälinen MSR-tavoitteet ja näytteet -ryhmä (iMOST), "  Mars Sample Return -toiminnon avulla maapallolle toimitettujen näytteiden potentiaalinen tiede ja tekniikan arvo  " , MEPAG ,14. elokuuta 2018, s.  1-186 ( lue verkossa ) MEPAG: n kansainvälisten asiantuntijoiden ryhmän määrittelemät yksityiskohtaiset tavoitteet Marsin näytteen palauttamismatkalla

Katso myös

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit