science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Met de eerste Mars-monsters verpakt, Doorzettingsvermogen initieert opmerkelijke voorbeeldretourmissie

Het boorgat van de tweede monsterafnamepoging van Perseverance is te zien, in deze compositie van twee foto's gemaakt op 1 september 2021, door een van de navigatiecamera's van de Perseverance rover. Krediet:NASA/JPL-Caltech

nasa, samen met het Europees Ruimteagentschap, ontwikkelt een campagne om de monsters van Mars terug te brengen naar de aarde.

Op 1 september NASA's Perseverance-rover ontvouwde zijn arm, plaatste een boor op het oppervlak van Mars, en geboord ongeveer 2 inch, of 6 centimeter, naar beneden om een ​​rotskern te extraheren. De rover verzegelde later de rotskern in zijn buis. Deze historische gebeurtenis markeerde de eerste keer dat een ruimtevaartuig een rotsmonster van een andere planeet inpakte dat door toekomstige ruimtevaartuigen naar de aarde zou kunnen worden teruggebracht.

Mars Sample Return is een campagne met meerdere missies die is ontworpen om de kernen op te halen die Perseverance de komende jaren zal verzamelen. Momenteel in de fase van conceptontwerp en technologieontwikkeling, de campagne is een van de meest ambitieuze inspanningen in de geschiedenis van de ruimtevaart, waarbij meerdere ruimtevaartuigen betrokken zijn, meerdere lanceringen, en tientallen overheidsinstanties.

"Het terugbrengen van een monster van Mars is sinds de jaren tachtig een prioriteit voor de planetaire wetenschappelijke gemeenschap. en de potentiële kans om dit doel eindelijk te realiseren heeft een stortvloed aan creativiteit losgemaakt, " zei Michael Meyer, hoofdwetenschapper voor NASA's Mars Exploration Program, gebaseerd op het NASA-hoofdkwartier in Washington.

Deze illustratie toont een concept voor een reeks toekomstige robots die samenwerken om monsters van het oppervlak van Mars terug te brengen die zijn verzameld door NASA's Mars Perseverance-rover. Krediet:NASA/ESA/JPL-Caltech

Het voordeel van het analyseren van monsters terug op aarde - in plaats van de taak toe te wijzen aan een rover op het oppervlak van Mars - is dat wetenschappers vele soorten geavanceerde laboratoriumtechnologieën kunnen gebruiken die te groot en te complex zijn om naar Mars te sturen. En ze kunnen veel sneller analyses uitvoeren in het laboratorium, terwijl ze veel meer informatie geven over de vraag of er ooit leven op Mars heeft bestaan.

"Ik heb gedroomd om Mars-monsters te analyseren sinds ik een afgestudeerde student was, " zei Meenakshi Wadhwa, hoofdwetenschapper voor het Mars Sample Return-programma, die wordt beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië. "De verzameling van deze goed gedocumenteerde monsters zal ons uiteindelijk in staat stellen ze te analyseren in de beste laboratoria hier op aarde zodra ze zijn teruggebracht."

Mars Sample Return zou verschillende primeurs inhouden die gericht zijn op het oplossen van een open vraag:heeft leven ergens in het zonnestelsel wortel geschoten behalve op aarde? "Ik heb mijn hele carrière gewerkt voor de mogelijkheid om deze vraag te beantwoorden, " zei Daniël Glavin, een astrobioloog van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Glavin helpt bij het ontwerpen van systemen om de Marsmonsters te beschermen tegen besmetting tijdens hun reis van Mars naar de aarde.

Wordt ontwikkeld in samenwerking met ESA (de European Space Agency), Mars Sample Return zou het autonoom lanceren van een raket vol kostbare buitenaardse lading vanaf het oppervlak van Mars vereisen. Ingenieurs zouden ervoor moeten zorgen dat de baan van de raket overeenkomt met die van een ruimtevaartuig dat in een baan om Mars draait, zodat de monstercapsule naar de orbiter kan worden overgebracht. De orbiter zou dan de monstercapsule terugbrengen naar de aarde, waar wetenschappers zouden wachten om het veilig in te dammen voordat het naar een veilige biohazard-faciliteit wordt vervoerd, een die nu in ontwikkeling is.

Voordat we monsters van Mars naar de aarde brengen, wetenschappers en ingenieurs moeten verschillende uitdagingen overwinnen. Hier is een blik op een:

Het verzamelen van monsters van Mars en het terugbrengen naar de aarde zal een historische onderneming zijn die begon met de lancering van NASA's Perseverance-rover op 30 juli, 2020. Perseverance verzamelde zijn eerste rotskernmonsters in september 2021. Credit:NASA/ESA/JPL-Caltech

De aarde beschermen tegen Mars

Monsters chemisch zuiver houden voor grondig onderzoek op aarde, terwijl hun opslagcontainer wordt onderworpen aan extreme sterilisatiemaatregelen om ervoor te zorgen dat er niets gevaarlijks op aarde wordt afgeleverd, is een taak die Mars Sample Return echt ongekend maakt.

Miljarden jaren geleden had de Rode Planeet misschien een gezellige omgeving voor het leven die gedijt in warme en natte omstandigheden. Echter, het is hoogst onwaarschijnlijk dat NASA monsters zal terugbrengen met levende Mars-organismen, gebaseerd op tientallen jaren aan gegevens van orbiters, landers, en rovers op Mars. In plaats daarvan, wetenschappers hopen gefossiliseerde organische stof of andere tekenen van oud microbieel leven te vinden.

Ondanks het lage risico om iets levends op aarde te brengen, een overvloed aan voorzichtigheid drijft NASA ertoe om belangrijke maatregelen te nemen om ervoor te zorgen dat de Mars-monsters tijdens hun reis veilig verzegeld blijven. Na het verzamelen van rotskernen in de Jezero-krater en ze in buizen te plaatsen die grotendeels van titanium zijn gemaakt, een van 's werelds sterkste metalen, Doorzettingsvermogen sluit de buizen stevig af om te voorkomen dat zelfs het kleinste deeltje onbedoeld vrijkomt. De buizen worden vervolgens opgeslagen in de buik van de rover totdat NASA beslist over de tijd en plaats om ze op het oppervlak van Mars te laten vallen.

Een campagne voor het retourneren van monsters zou een ESA-monsterophaalrover omvatten die later dit decennium vanaf de aarde zou lanceren om deze door Perseverance verzamelde monsters op te halen. Ingenieurs bij NASA's Glenn Research Center in Cleveland, Ohio, ontwerpen de wielen voor de fetch rover. De rover zou monsters overbrengen naar een lander, ontwikkeld bij JPL. Een robotarm op de lander zou de monsters in de punt van een raket stoppen die wordt ontworpen door NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama.

Het eerste monster van Mars met een kern is zichtbaar (in het midden) in een titanium monsterverzamelbuis in deze van de Sampling and Caching System Camera (bekend als CacheCam) van NASA's Perseverance-rover. De foto is gemaakt op 6 september, 2021 (de 194e sol, of Marsdag, van de missie), voordat het systeem een ​​metalen dop op de buis bevestigt en afdicht. Krediet:NASA/JPL-Caltech

De raket zou de monstercapsule in een baan om Mars brengen, waar een ESA-orbiter zou wachten om het te ontvangen. In de orbiter, de capsule zou worden voorbereid voor levering aan de aarde door een lading die wordt ontwikkeld door een team onder leiding van NASA Goddard. Deze voorbereiding omvat het verzegelen van de monstercapsule in een schone container om al het Marsmateriaal erin op te vangen, het steriliseren van de verzegeling, en met behulp van een robotarm die bij Goddard wordt ontwikkeld om de verzegelde container in een capsule voor binnenkomst van de aarde te plaatsen vóór de terugreis naar de aarde.

Een van de belangrijkste taken voor NASA-ingenieurs is uitzoeken hoe de monstercontainer moet worden afgesloten en gesteriliseerd zonder belangrijke chemische handtekeningen in de rotskernen binnenin uit te wissen. Een van de technieken die het team momenteel aan het testen is, is solderen, waarbij een metaallegering wordt gesmolten tot een vloeistof die in wezen metaal aan elkaar lijmt. Door hardsolderen kan de monstercontainer worden afgesloten bij een temperatuur die hoog genoeg is om eventueel achtergebleven stof in de naad te steriliseren.

"Een van onze grootste technische uitdagingen op dit moment is die centimeters verwijderd van metaal dat smelt op ongeveer 1, 000 graden Fahrenheit (of 538 graden Celsius) moeten we deze buitengewone Mars-monsters onder de heetste temperatuur houden die ze op Mars hebben ervaren, dat is ongeveer 86 graden Fahrenheit (30 graden Celsius), " zei Brendan Feehan, de Goddard-systeemingenieur voor het systeem dat zal vastleggen, bevatten, en breng de monsters naar de aarde aan boord van ESA's orbiter. "De eerste resultaten van het testen van onze soldeeroplossing hebben bevestigd dat we op de goede weg zijn."

Een zorgvuldig ontwerp van Feehan en zijn collega's zou ervoor zorgen dat warmte alleen kan worden toegepast waar het nodig is voor het solderen, beperking van de warmtestroom naar de monsters. Aanvullend, ingenieurs kunnen de monsters isoleren in een materiaal dat de warmte absorbeert en het dan heel langzaam afgeeft, of ze kunnen geleiders installeren die de warmte wegleiden van de monsters.

Welke techniek het team ook ontwikkelt, het zal niet alleen van cruciaal belang zijn voor de Marsmonsters, Glavin zei, maar voor toekomstige monsterretourmissies naar Europa of Enceladus, "waar we verse oceaanpluimmonsters kunnen verzamelen en terugbrengen die levende buitenaardse organismen kunnen bevatten, dus we moeten dit uitzoeken."

De rigoureuze inspanningen van NASA om het risico van schadelijke besmetting van de aarde te elimineren, dateren van het internationale Outer Space-verdrag van 1967, die landen oproept om te voorkomen dat hemellichamen worden besmet met organismen van de aarde, en om besmetting van de aarde door geretourneerde monsters te voorkomen. Om een ​​Marsmonster veilig naar de aarde terug te brengen, NASA werkt niet alleen samen met ESA, maar ook met ten minste 19 Amerikaanse overheidsdepartementen en agentschappen, waaronder de U.S. Centers for Disease Control and Prevention en het U.S. Department of Homeland Security.