Mars Sample Return:Η αποστολή που θα φέρει στο σπίτι ένα κομμάτι ενός άλλου πλανήτη

Θέλουμε να φέρουμε κάτι πίσω από τον Άρη. Αυτός είναι ο τρόπος σκέψης πίσω από ένα πρόγραμμα τόσο φιλόδοξο που θα χρειαστούν δύο διαστημικές υπηρεσίες και αρκετές αποστολές για να το ολοκληρώσουν. Για να μάθουμε τι διακυβεύεται και πώς θα πάρουμε δείγμα από τον Κόκκινο Πλανήτη, μιλήσαμε με τον Δρ Albert Haldemann της ESA.

Είναι ο επικεφαλής της ομάδας ωφέλιμου φορτίου και συναρμολόγησης, ολοκλήρωσης και επαλήθευσης του ExoMars στην ESA και συντονίζεται με τη NASA για να συνεχίσει να συνεργάζονται ομαλά οι δύο υπηρεσίες.

Πείτε μας για την αποστολή Sample Return.

Η αποστολή Mars Sample Return είναι η πρώτη αποστολή – πρόγραμμα στην πραγματικότητα, επειδή απαιτούνται περισσότερα από ένα σκάφη – για την επιστροφή δειγμάτων από άλλο πλανήτη. Έχουμε δείγματα από τη Σελήνη που επιστράφηκαν από τις αποστολές Apollo, από το ρωσικό rover και πιο πρόσφατα από τους Κινέζους. Και έχουμε επιστρέψει δείγματα από αστεροειδείς [μέσω αποστολών που εκτελούνται] από τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία.

Αλλά δεν έχουμε ακόμη επιστρέψει δείγμα από τον Άρη. Αυτός είναι ο στόχος. Το πρώτο βήμα είναι το ρόβερ Perseverance, το οποίο αρχίζει να συλλέγει δείγματα μετά την επιτυχή προσγείωση της NASA στον Άρη τον Φεβρουάριο του τρέχοντος έτους.

Το πρόγραμμα Mars Sample Return είναι μια κοινή προσπάθεια μεταξύ της NASA και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), αν και η NASA το ηγείται. Η NASA θα είναι υπεύθυνη για τους πυραύλους που θα εκτοξευθούν από την επιφάνεια του Άρη και θα βάλουν τα δείγματα σε τροχιά του Άρη. Αλλά η ESA είναι υπεύθυνη για το Earth Return Orbiter, το οποίο θα είναι βασικά το πρώτο διαπλανητικό διαστημόπλοιο.

Θα πάει από τη Γη στον Άρη, θα πάει σε τροχιά γύρω από τον Άρη, θα συναντήσει το δείγμα του σκάφους στην τροχιά του Άρη, θα συλλάβει το δείγμα και μετά θα επιστρέψει στη Γη. Δεν θα μπει σε τροχιά της Γης, αλλά θα απελευθερώσει την κάψουλα εισόδου που έχει κατασκευαστεί από τη NASA που περιέχει τα δείγματα μόλις πλησιάσει αρκετά. Μόνο η κάψουλα εισόδου θα επιστρέψει στη Γη, όχι το Earth Return Orbiter.

Το σχέδιο είναι ουσιαστικά η κάψουλα να εκτελέσει μια ελεγχόμενη συντριβή. Έτσι, θα στοχεύσουμε το σημείο της συντριβής και, στη συνέχεια, θα ζητήσουμε από το Earth Return Orbiter να απελευθερώσει τα δείγματα και να πετάξει μακριά. Θα αποκλίνει έτσι ώστε να πετάξει δίπλα από τη Γη και να πάει σε μια τροχιά νεκροταφείου γύρω από τον Ήλιο.

Αλλά πριν από όλα αυτά, η Perseverance θα βρίσκεται στον Άρη συλλέγοντας δείγματα. Αυτά τα δείγματα θα τοποθετηθούν σε κρυφές μνήμες στην επιφάνεια. Το 2026 η NASA θα εκτοξεύσει έναν άλλο πύραυλο στον Άρη που θα περιέχει ένα προσεδάφιο που θα μεταφέρει το Mars Ascent Vehicle και το Sample Fetch Rover.

Το σκάφος θα προσγειωθεί στον Άρη και θα απελευθερώσει το Fetch Rover, το οποίο θα μαζέψει τις κρύπτες δειγμάτων βράχου που έχουν συλλεχθεί από την Perseverance. Στη συνέχεια, το Fetch Rover θα τα φέρει πίσω στο σκάφος προσεδάφισης, όπου θα τοποθετηθούν στο όχημα ανάβασης του Άρη και θα εκτοξευθούν σε τροχιά του Άρη.

Διαβάστε περισσότερα για την εξερεύνηση του Άρη:

• Mars Ingenuity Helicopter:Γιατί τα drones είναι το μέλλον της εξερεύνησης του διαστήματος
• 11 ιστορικές στιγμές με ρόβερ Mars Perseverance, καταγεγραμμένες στην κάμερα

Η εκτόξευση πυραύλων από τη Γη είναι αρκετά δύσκολη. Η εκτόξευση ενός από τον Άρη ακούγεται απίστευτα δύσκολη.

Ναι, υπάρχουν πολλές προκλήσεις, ειδικά καθώς η κυκλοφορία θα πρέπει να πραγματοποιηθεί αυτόματα.

Ο πύραυλος θα είναι ένας πύραυλος δύο σταδίων, με στερεό καύσιμο, και θα μεταφέρει το περιέκτη δείγματος τροχιάς - ή OS, ουσιαστικά μια σφαίρα μεγέθους ποδοσφαίρου. Όταν ο πύραυλος μπει σε τροχιά, θα εκτινάξει το λειτουργικό σύστημα και θα το αφήσει σε τροχιά γύρω από τον Άρη.

Εξακολουθούμε να εργαζόμαστε για τον καλύτερο τρόπο για να βεβαιωθούμε ότι μπορούμε να το βρούμε. Η βασική μας γραμμή είναι ότι το κάνουμε γυαλιστερό και χρησιμοποιούμε κάμερες για να το εντοπίσουμε από απόσταση μερικών χιλιάδων χιλιομέτρων, στην οποία θα βρίσκεται το Earth Return Orbiter καθώς πλησιάζει.

Φαίνεται εφικτό, αλλά όλοι είναι ακόμα λίγο ανήσυχοι. Επομένως, εξετάζουμε τους ραδιοφάρους, τους ανιχνευτές εύρους λέιζερ και άλλα παρόμοια. Αλλά υπάρχουν πολλά απαιτητικά βήματα, και αυτό είναι που κάνει αυτό το διασκεδαστικό για τους μηχανικούς που πρέπει να κατασκευάσουν όλα αυτά τα πράγματα και να τα κάνουν να λειτουργήσουν.

Τι θα σήμαινε για την αστρονομική κοινότητα να πάρει ένα δείγμα του Άρη πίσω στη Γη;

Δοκιμάσαμε τον Άρη από μακριά με τα ρομπότ, τα ρόβερ και τα προσεδάφια μας. Και έχουμε δείγματα από μετεωρίτες που ανατινάχθηκαν στον Άρη και προσγειώθηκαν στη Γη. Γνωρίζουμε ότι από εκεί προήλθαν, χάρη στην ισοτοπική ανάλυση των πετρωμάτων. Μερικές από αυτές περιέχουν φυσαλίδες αερίου που είναι νεκροί κουδουνιστές για την ατμόσφαιρα του Άρη, τις οποίες μετρήσαμε με το Viking 1 και 2 το 1976 και το 1977.

Αν λοιπόν έχουμε ήδη δείγματα από τον Άρη, γιατί να πάμε να φέρουμε πίσω κι άλλα; Λοιπόν, πρώτα δεν μπορούμε να πούμε με ακρίβεια από πού προήλθαν αυτοί οι αρειανοί μετεωρίτες στον Άρη. Έχουμε κάποιες υποθέσεις, αλλά δεν ξέρουμε. Δεύτερον, παρόλο που διαθέτουμε όργανα και φασματόμετρα υψηλής ισχύος στο Perseverance, και άλλα ρόβερ του Άρη, αυτά τα όργανα είναι μικροσκοπικά ώστε να μπορούν να κάνουν το ταξίδι. δεν είναι τόσο υψηλής απόδοσης όσο τα όργανα που έχουμε στα εργαστήριά μας στη Γη.

Επίσης, μερικά από τα πετρώματα που θα ληφθούν από το Perseverance στον κρατήρα Jezero δεν αντιπροσωπεύονται στα δείγματα μετεωριτών. Αυτού του είδους οι βράχοι δεν επιβιώνουν όταν εκτιναχθούν από έναν πλανήτη, πιστεύουμε. Και όμως είναι το κλειδί για τη γεωλογική ιστορία του Άρη. Και λόγω του δέλτα στον κρατήρα Jezero, οι βράχοι από εκεί μπορεί να έχουν συσχετιστεί με υγρό νερό και έτσι είναι πολύ πιθανό να περιέχουν στοιχεία προηγούμενης ζωής ή οργανικά υλικά ενός παρελθόντος περιβάλλοντος στον Άρη.

Το αν το αποφασίσουμε αυτό σημαίνει ότι υπήρχε ή δεν υπήρχε κάποτε ζωή στον Άρη, δεν το γνωρίζουμε ακόμα. Ας περιμένουμε τα στοιχεία.

Τι είδους πράγματα θα ψάχνετε στα δείγματα;

Αυτό είναι στο δρόμο. Αλλά για να τα αναλύσουμε, θα λάβουμε έκτακτες προφυλάξεις. Επειδή ο Άρης θεωρείται δυνητικά κατοικήσιμος – έχουμε δει ότι υπάρχουν υπόγεια περιβάλλοντα που μπορεί να περιέχουν νερό σε υγρή μορφή – για αυτά τα πρώτα δείγματα θα χρησιμοποιήσουμε τα πιο αυστηρά μέτρα πλανητικής προστασίας.

Τα δείγματα θα περιέχονται σε ανθεκτικούς μεταλλικούς δοκιμαστικούς σωλήνες που είναι όσο το δυνατόν αδρανείς, ώστε να μην μολύνουμε το περιεχόμενο. Θα συσκευαστούν μέσα στο λειτουργικό σύστημα, το οποίο έχει πολλαπλά κελύφη. Στη συνέχεια, όταν το λειτουργικό σύστημα φτάσει στο Earth Return Orbiter, συσκευάζεται μέσα στην κάψουλα εισόδου που θα έχει επίσης πολλαπλά κελύφη. Και όταν η κάψουλα επιστρέψει στη Γη, θα παραληφθεί και θα συσκευαστεί πριν μεταφερθεί σε μια ειδική εγκατάσταση για αποσυσκευασία.

Θα ακτινογραφήσουμε τους δοκιμαστικούς σωλήνες για να δούμε την ορυκτολογία του περιεχομένου πριν τους ανοίξουμε. Ορισμένα από τα δείγματα ενδέχεται επίσης να υποβληθούν σε εξέταση σύγχροτρον πολύ υψηλής ενέργειας για να εξεταστούν οι συνθέσεις τους.

Μόνο όταν πειστούμε ότι είναι ασφαλές να το κάνουμε, θα ανοίξουμε τις κάψουλες και θα το κάνουμε και αυτό με ελεγχόμενο τρόπο. Στη συνέχεια, άλλες, πιο προηγμένες γεωχημικές διαδικασίες θα εφαρμοστούν στα δείγματα για να δούμε τις λεπτομέρειες και να δούμε αν υπάρχουν οργανικά υλικά μαζί με το ορυκτό.

Το Sample Fetch Rover φαίνεται ότι θα έχει φουσκωτά ελαστικά στους τροχούς του. Γιατί;

Ναι, μοιάζουν με φουσκωμένα ελαστικά. Δεν είναι, όμως - είναι στην πραγματικότητα ένα συρμάτινο πλέγμα κατασκευασμένο με μέταλλο μνήμης που μας επιτρέπει να φτιάξουμε έναν μεγαλύτερο τροχό που μπορεί να συμπιεστεί σε μια μικρότερη συσκευασία για εκτόξευση. Τα ελαστικά διαστέλλονται, αλλά δεν φουσκώνουν μέσω του αέρα. Όταν φτάσουμε στον Άρη, απελευθερώνονται και αφήνονται να επεκταθούν στο πλήρες μέγεθός τους. Ο λόγος για αυτό είναι ότι το Sample Fetch Rover θα χρειαστεί να καλύψει πολύ έδαφος γρήγορα και οι μεγαλύτεροι τροχοί θα το βοηθήσουν να το κάνει αυτό.

Θα χρησιμοποιήσουμε επίσης μόνο τέσσερις τροχούς αντί για τους έξι που είχαμε σε προηγούμενα σχέδια. Οι έξι τροχοί είναι πολύ αποτελεσματικοί για ανώμαλο έδαφος. Τέσσερις τροχοί με μεγάλα λάστιχα, όπως βλέπετε στα αμαξίδια dune, είναι επίσης εντάξει για ανώμαλο έδαφος, ειδικά αν γνωρίζετε πώς είναι το έδαφος, κάτι που θα το κάνουμε, σε κάποιο βαθμό, επειδή έχουμε την επιμονή στο έδαφος που ήδη ουσιαστικά κάνει αναγνώριση.

Ανησυχείτε για μόλυνση από τα δείγματα του Άρη;

Προσωπικά, δεν ανησυχώ για τη μόλυνση του Άρη. Νομίζω ότι η Γη και ο Άρης «μοιράζονται τη σούβλα» εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά η γνώμη μου είναι άσχετη με την αντίληψη του κοινού και της πολιτικής για αυτόν τον κίνδυνο. Πρέπει λοιπόν να το αντιμετωπίσουμε. Θα είναι μια μεγάλη πρόκληση, νομίζω, ειδικά δεδομένων των όσων έχουμε δει με τον COVID, όσον αφορά την εμπιστοσύνη του κοινού στην επιστημονική εξουσία. Έχουμε ήδη πάρει το μάθημά μας από αυτό.

Και χαιρετίζουμε την πρόκληση γιατί πρέπει να καταλάβουμε τι σημαίνουν τα δείγματα από τον Άρη, αν θέλουμε ποτέ να έχουμε αστροναύτες να πάνε εκεί και να επιστρέψουν. Χρειαζόμαστε μια λεπτομερή κατανόηση του τι σημαίνει η πλανητική προστασία, εάν έχουμε τη φιλοδοξία, όπως πολλοί, να έχουμε αστροναύτες –ανθρώπινα όντα– να πάνε πιο μακριά στο Ηλιακό Σύστημα και στη συνέχεια να μπορέσουν να επιστρέψουν στη Γη.

Το ρελέ δείγματος Mars

1. Προσγειώστε, εξερευνήστε, τρυπήστε

Το Rover Perseverance της NASA, που εκτοξεύτηκε τον Ιούλιο του 2020, προσγειώθηκε επιτυχώς στον κρατήρα Jezero στον Άρη, τον Φεβρουάριο του 2021. Το ρόβερ σε μέγεθος hatchback αντιπροσωπεύει το πρώτο σκέλος του πρώτου ταξιδιού μετ' επιστροφής της ανθρωπότητας σε άλλον πλανήτη.

Το rover θα χρησιμοποιήσει το τρυπάνι του για να συλλέξει δείγματα πετρωμάτων και εδάφους και να τα αποθηκεύσει στην επιφάνεια του πλανήτη.

2. Σφράγιση και κατάθεση

Οποιαδήποτε δείγματα συλλέγει η Perseverance θα βρίσκονται σε σφραγισμένους σωλήνες που το rover θα εναποθέσει στην επιφάνεια του πλανήτη, αφήνοντας ουσιαστικά ένα ίχνος από ψίχουλα πίσω του καθώς εξερευνά την επιφάνεια του Άρη.

Οι μελλοντικές αποστολές στον Άρη – συλλογικές προσπάθειες της NASA και της ESA – θα ακολουθήσουν το μονοπάτι που άφησε η Perseverance, για να ανακτηθούν τα δείγματα και να τα επιστρέψουν στη Γη.

3. Εκκινήστε το δεύτερο κύμα

Το επόμενο στάδιο θα ξεκινήσει το 2026, όταν η NASA θα εκτοξεύσει μια άλλη αποστολή στον Άρη που θα μεταφέρει ένα προσεδάφιο που θα περιέχει το rover, τον πύραυλο και την κάψουλα που απαιτούνται για τη συλλογή των δειγμάτων που συγκέντρωσε η Perseverance και την εκτόξευση τους στο ταξίδι τους πίσω στη Γη.

Το πλοίο προσεδάφισης θα έχει ως στόχο να καθίσει στον κρατήρα Jezero, όπου ξεκίνησε το ταξίδι του το Perseverance.

4. Ξεδιπλώστε και ξεφορτώστε

Αφού το σκάφος προσγειωθεί επιτυχώς στον Κόκκινο Πλανήτη, θα αναπτύξει τα ηλιακά πάνελ του για να τροφοδοτήσει το Fetch Rover που έχει σχεδιαστεί από την ESA.

Στη συνέχεια, το rover (ένα τετράτροχο όχημα, ελαφρώς μικρότερο από το Perseverance) θα ξεδιπλωθεί και θα αναπτυχθεί από το σκάφος προσγείωσης πριν αρχίσει να ακολουθεί τα ίχνη των δειγμάτων που άφησε πίσω του η Επιμονή.

5. Πιάσε και πήγαινε

Το Fetch Rover θα ακολουθήσει τα ίχνη της Perseverance για να συλλέξει τα δείγματα που έχουν αποτεθεί στην επιφάνεια. Μόλις εντοπιστεί ένα δείγμα, ένας ρομποτικός βραχίονας θα αναπτυχθεί για να το συλλέξει και να το αποθηκεύσει μέσα στο rover, προτού προχωρήσει για να βρει το επόμενο.

Μόλις συλλεχθούν αρκετά δείγματα, το Fetch Rover θα επιστρέψει στην προσγείωση.

6. Παραδώστε τα δείγματα

Μόλις το Fetch Rover επιστρέψει στο σκάφος προσεδάφισης, ο ίδιος βραχίονας που χρησιμοποίησε για τη συλλογή των σφραγισμένων δειγμάτων θα τα μεταφέρει στον κώνο της μύτης του οχήματος ανάβασης στον Άρη, που βρίσκεται στο εσωτερικό του προσεδάφισης.

Εάν υπάρχουν πρόσθετα δείγματα που το Fetch Rover δεν μπόρεσε να συλλέξει, θα μπορούσαν να μεταφερθούν στο σκάφος απευθείας από την επιμονή.

7. Φύστε για το σπίτι

Μόλις τα δείγματα φορτωθούν στο Mars Ascent Vehicle, ο μικρός πύραυλος θα εκτοξευθεί από το σκάφος στην τροχιά του Άρη.

Η βαρύτητα στον Άρη είναι περίπου το ένα τρίτο αυτής στη Γη, επομένως είναι ευκολότερο για τα αντικείμενα να φτάσουν την ταχύτητα διαφυγής, επομένως ο πύραυλος μπορεί να είναι πολύ μικρότερος. Αναμένεται να έχει μέγιστο ύψος 3 μέτρα και διάμετρο περίπου 50 εκατοστά.

8. Παραλαβή και αποβίβαση

Το Mars Ascent Vehicle θα μεταφέρει το δοχείο δειγμάτων σε τροχιά γύρω από τον Άρη και θα το απελευθερώσει. Ένα άλλο διαστημόπλοιο, το Earth Return Orbiter, θα ανιχνεύσει το δοχείο δείγματος και θα το συλλέξει, πριν επιστρέψει στη Γη.

Μόλις φτάσει εκεί, το Earth Return Orbiter θα ρίξει το δοχείο δείγματος στην ατμόσφαιρα της Γης... αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο.

• Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 367 του BBC Science Focus Magazine – μάθετε πώς να εγγραφείτε εδώ

Διαβάστε περισσότερα για το μέλλον του Άρη:

• Τα σχέδια για την οικοδόμηση μιας μεγαλούπολης του Άρη στην οποία θα θέλατε να διανύσετε 300 εκατομμύρια χιλιόμετρα για να ζήσετε
• Κάνοντας πράσινο τον Κόκκινο Πλανήτη:Πώς θα καλλιεργήσουμε καλλιέργειες στον Άρη