Med de første Mars-prøver pakket, Vedholdenhed initierer bemærkelsesværdig prøve-returmission

NASA, sammen med European Space Agency, udvikler en kampagne for at returnere Mars-prøverne til Jorden.

Den 1. sept. NASA's Perseverance rover foldede armen ud, anbragt en borekrone ved Mars-overfladen, og boret omkring 2 tommer, eller 6 centimeter, ned for at udvinde en klippekerne. Roveren forseglede senere klippekernen i sit rør. Denne historiske begivenhed markerede første gang, et rumfartøj pakkede en stenprøve fra en anden planet, som kunne returneres til Jorden af ​​fremtidige rumfartøjer.

Mars Sample Return er en multi-mission kampagne designet til at hente de kerner, Perseverance vil indsamle i løbet af de næste mange år. I øjeblikket i konceptdesign- og teknologiudviklingsfasen, kampagnen er en af ​​de mest ambitiøse bestræbelser i rumfartshistorien, involverer flere rumfartøjer, flere lanceringer, og snesevis af offentlige myndigheder.

"At returnere en prøve fra Mars har været en prioritet for det planetariske videnskabssamfund siden 1980'erne, og den potentielle mulighed for endelig at realisere dette mål har udløst en strøm af kreativitet, sagde Michael Meyer, ledende videnskabsmand for NASAs Mars Exploration Program baseret på NASAs hovedkvarter i Washington.

Fordelen ved at analysere prøver tilbage på Jorden – i stedet for at tildele opgaven til en rover på Mars-overfladen – er, at videnskabsmænd kan bruge mange slags banebrydende laboratorieteknologier, der er for store og for komplekse til at sende til Mars. Og de kan lave analyser meget hurtigere i laboratoriet, mens de giver langt flere oplysninger om, hvorvidt der nogensinde har eksisteret liv på Mars.

"Jeg har drømt om at have Mars-prøver til at analysere, siden jeg var kandidatstuderende, " sagde Meenakshi Wadhwa, hovedforsker for Mars Sample Return-programmet, som administreres af NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien. "Indsamlingen af ​​disse veldokumenterede prøver vil i sidste ende give os mulighed for at analysere dem i de bedste laboratorier her på Jorden, når de er returneret."

Mars Sample Return ville involvere adskillige førstegangspunkter med det formål at afgøre et åbent spørgsmål:Har livet slået rod nogen steder i solsystemet udover Jorden? "Jeg har arbejdet hele min karriere for at få muligheden for at besvare dette spørgsmål, " sagde Daniel Glavin, en astrobiolog fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Glavin hjælper med at designe systemer til at beskytte Mars-prøverne mod forurening under hele deres rejse fra Mars til Jorden.

Udvikles i samarbejde med ESA (European Space Agency), Mars Sample Return ville kræve autonom opsendelse af en raket fuld af dyrebar udenjordisk last fra overfladen af ​​Mars. Ingeniører ville være nødt til at sikre, at rakettens bane flugter med den for et rumfartøj, der kredser om Mars, så prøvekapslen kunne overføres til orbiteren. Orbiteren ville derefter returnere prøvekapslen til Jorden, hvor videnskabsmænd ville vente på at indeslutte det sikkert inden transport til et sikkert biohazard-anlæg, en der er under udvikling nu.

Før du bringer marsprøver til Jorden, forskere og ingeniører skal overvinde flere udfordringer. Her er et kig på en:

Beskyttelse af Jorden mod Mars

At holde prøver kemisk uberørte til strenge undersøgelser på Jorden, mens de udsætter deres opbevaringsbeholder for ekstreme steriliseringsforanstaltninger for at sikre, at intet farligt bliver leveret til Jorden, er en opgave, der gør Mars Sample Return virkelig uden fortilfælde.

For milliarder af år siden kan den røde planet have haft et hyggeligt miljø for livet, der trives under varme og våde forhold. Imidlertid, det er højst usandsynligt, at NASA vil bringe prøver tilbage med levende organismer fra Mars, baseret på årtiers data fra orbitere, landere, og rovere på Mars. I stedet, videnskabsmænd håber at finde forstenet organisk materiale eller andre tegn på gammelt mikrobielt liv.

På trods af den lave risiko for at bringe noget levende til Jorden, en overflod af forsigtighed driver NASA til at træffe betydelige foranstaltninger for at sikre, at Mars-prøverne forbliver forsvarligt forseglet under hele deres rejse. Efter at have samlet stenkerner gennem Jezero-krateret og anbragt dem i rør, der hovedsagelig er lavet af titanium, et af verdens stærkeste metaller, Vedholdenhed forsegler rørene tæt for at forhindre utilsigtet frigivelse af selv den mindste partikel. Rørene opbevares derefter i roverens mave, indtil NASA beslutter sig for tid og sted for at slippe dem på Mars-overfladen.

En prøve-returkampagne ville omfatte en ESA-prøvehentningsrover, der ville starte fra Jorden senere i dette årti for at afhente disse prøver indsamlet af Perseverance. Ingeniører ved NASAs Glenn Research Center i Cleveland, Ohio, designer hjulene til fetch roveren. Roveren ville overføre prøver til en lander, udvikles hos JPL. En robotarm på landeren ville pakke prøverne ind i spidsen af ​​en raket, der er ved at blive designet af NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama.

Raketten ville levere prøvekapslen til Mars kredsløb, hvor en ESA orbiter ville vente på at modtage den. Inde i orbiteren, kapslen ville blive klargjort til levering til Jorden af ​​en nyttelast, der blev udviklet af et hold ledet af NASA Goddard. Denne forberedelse vil omfatte forsegling af prøvekapslen inde i en ren beholder for at fange alt Mars-materiale inde, sterilisering af forseglingen, og ved at bruge en robotarm, der udvikles hos Goddard, til at placere den forseglede beholder i en jordindgangskapsel før returrejsen til Jorden.

En af de primære opgaver for NASA-ingeniører er at finde ud af, hvordan man forsegler og steriliserer prøvebeholderen uden at udslette vigtige kemiske signaturer i klippekernerne indeni. Blandt de teknikker, som teamet i øjeblikket tester, er lodning, som involverer smeltning af en metallegering til en væske, der i det væsentlige limer metal sammen. Lodning kan forsegle prøvebeholderen ved en temperatur, der er høj nok til at sterilisere eventuelt støv, der måtte forblive i sømmen.

"Blandt vores største tekniske udfordringer lige nu er, at centimeter væk fra metal, der smelter ved omkring 1, 000 grader Fahrenheit (eller 538 grader Celsius) er vi nødt til at holde disse ekstraordinære Mars-prøver under den varmeste temperatur, de kunne have oplevet på Mars, hvilket er omkring 86 grader Fahrenheit (30 grader Celsius), " sagde Brendan Feehan, Goddard systemingeniøren for det system, der vil fange, indeholde, og levere prøverne til Jorden ombord på ESA's orbiter. "De første resultater fra testen af ​​vores slaglodningsløsning har bekræftet, at vi er på rette vej."

Et omhyggeligt design af Feehan og hans kolleger ville tillade, at varme kun påføres der, hvor det er nødvendigt til lodning, begrænser varmestrømmen til prøverne. Derudover ingeniører kunne isolere prøverne i et materiale, der absorberer varmen og derefter frigiver den meget langsomt, eller de kunne installere ledere, der leder varmen væk fra prøverne.

Uanset hvilken teknik holdet udvikler, vil det ikke kun være afgørende for Mars-prøverne, Glavin sagde, men til fremtidige prøve-retur-missioner til Europa eller Enceladus, "hvor vi kunne indsamle og returnere friske havfaneprøver, der kunne indeholde levende udenjordiske organismer. Så vi er nødt til at finde ud af dette."

NASAs strenge bestræbelser på at eliminere risikoen for skadelig forurening af Jorden stammer fra den internationale traktat om det ydre rum fra 1967, som opfordrer nationer til at forhindre at forurene himmellegemer med organismer fra Jorden, og for at forhindre kontaminering af Jorden gennem returnerede prøver. For sikkert at returnere en Mars-prøve til Jorden, NASA samarbejder ikke kun med ESA, men også med mindst 19 amerikanske regeringsafdelinger og -agenturer, herunder U.S. Centers for Disease Control and Prevention og det amerikanske Department of Homeland Security.