Одним из великих достижений миссий Аполлона было привезти домой сотни килограммов лунного камня. Эти камни и пыль постоянно анализируются с тех пор, как астронавты Аполлона-11 вернулись домой более 50 лет назад.
И они все еще делают открытия.
У ученых есть образцы солнечного ветра Солнца, частицы из хвоста кометы, несколько граммов от астероида, и вскоре появятся новые.
Но есть один мир, в центре которого столько научных исследований, которому никогда не возвращали образец: Марс.
НАСА и Европейское космическое агентство в течение десятилетий планировали доставить образец домой с Марса, и теперь миссии могут летать в течение следующих нескольких лет, наконец, доставив часть Красной планеты домой на Землю, чтобы мы могли непосредственно учиться.
История миссий по возврату образцов
Исследование космоса происходит поэтапно. Сначала вы начнете с разведывательного полета, когда космический корабль движется по быстрой траектории мимо мира, предоставляя начальный набор изображений и данных. Подумайте о Гранд-туре Вояджера по Солнечной системе или о новых горизонтах, посещающих Плутон.
Затем вы возвращаетесь с орбитальным аппаратом, космическим кораблем, который может оставаться на месте годами, очень подробно изучая поверхность мира. Рассмотрим космический корабль Кассини, который вращался вокруг Сатурна 294 раза, сделал более 450 000 снимков и навсегда изменил наше понимание Кольцевой планеты.
Тогда приезжайте приземлители и вездеходы. Конечно, лучшим примером этого является Марс с Духом и Возможностями, а также Любопытство, которые вместе сняли сотни тысяч изображений, пробуренных камней и нашли свидетельства прошлой воды на Марсе.
Тогда прибудьте миссии возвращения образца. Это этап, на котором космические агентства пробовали всего несколько раз.
Помимо миссии «Аполлон», первым космическим кораблем, который доставил образцы из космоса на Землю, была советская миссия «Луна». В 1970 году Луна 16 принесла домой 101 грамм лунного реголита, затем Луна 20 и Луна 24. Хотя они принесли часть материала, возвращенного миссиями Аполлона, он был из разных мест на Луне.
Следующим космическим кораблем, который вернул образец домой, была миссия НАСА Genesis. Он был запущен в 2001 году для сбора образцов солнечного ветра Солнца и их возвращения домой на Землю.
Он открыл свои пробоотборники 1 апреля 2004 года, а затем вернулся на Землю в сентябре того же года. К сожалению, его парашют не открылся должным образом, и космический корабль сильно врезался в пустыню Юты.
Несмотря на тяжелую посадку, ученым удалось получить полезные образцы, которые помогли им обнаружить, что Земля могла образоваться из материалов, отличных от Солнечной туманности, чем Солнце.
Затем состоялась миссия НАСА «Звездная пыль», которая пролетела через хвост кометы Wild 2 в январе 2004 года, а затем два года спустя вернула капсулу-коллектор обратно на Землю. Анализ этих частиц показал ученым, что кометы содержали частицы, выброшенные с Солнца на ранних этапах его истории, и могли образовываться иначе, чем предсказывали астрономы.
Последней миссией по возврату образца была миссия JAXA Hayabusa, преодолевающая всевозможные трудности, включая прямое попадание солнечной вспышки, потерю его реакционных колес и отказ развернуть прыгающую посадочную площадку. Но невероятно, что диспетчеры миссий смогли доставить космический корабль домой с несколькими драгоценными микрограммами астероидного материала на борту.
Прямо сейчас есть миссии: Hayabusa 2 и OSIRIS-REx, которые будут приносить еще больше образцов астероидов домой для изучения. JAXA даже планирует миссию вернуть образец с лун Марса.
Так что насчет миссии по возврату образца на сам Марс?
Что мы можем узнать из миссии по возвращению образца с Марса?
На самом деле мы довольно много узнали о геологии и атмосфере Марса, потому что здесь, на Земле, найдены куски Красной планеты. Они были разбиты с Марса гигантским ударом астероида миллионы лет назад, и они плыли в космосе, в конце концов поразив Землю и невероятно пережив путешествие в атмосфере.
У ученых есть случайные кусочки Марса, но теперь они хотят получить образец по своему выбору. А это означает, что отправка образца миссии по возврату напрямую.
НАСА фактически планировало миссию по возвращению образцов с Марса с начала 1970-х годов, еще до запуска космического корабля «Викинг».
Цели миссии возвращения должны включать поиск жизни, не только сегодняшней жизни, но и прошлой жизни, и даже химических предшественников жизни.
Вернув нетронутые образцы Марса домой, ученые могли проводить все виды экспериментов на марсианском реголите, подвергая его воздействию воды, более плотной атмосферы и питательных веществ, чтобы увидеть, есть ли какие-либо активные бактерии. Этот эксперимент был предпринят с Викингом, но результаты были неубедительными, и планетные биологи все еще спорят о них.
Они могли анализировать образцы под мощными микроскопами в поисках микроскопических окаменелостей или любых других признаков того, что там есть жизнь.
Кроме того, ученые могли понять историю поверхности Марса и то, как на нее воздействовала вода на протяжении миллионов лет.
Образцы могут быть возвращены из некоторых наиболее интересных мест, таких как отложения озер, отложения вокруг гидротермальных источников и дельты древних рек.
Они могут вернуть образцы недавних и древних ударов метеоритов, извержений вулканов и регионов, которые долгое время подвергались воздействию ветра.
Они также могли бы изучить долгосрочную историю Марса на протяжении миллиардов лет, чтобы попытаться понять, когда произошли огромные планетарные изменения, чтобы сделать планету такой холодной и сухой. Когда началась бомбардировка астероидами?
Они могли даже отобрать кусочки метеоритов, которые засоряют поверхность Марса, одновременно пробуя другие миры.
Эти образцы в идеале должны быть отправлены домой до того, как первый человек ступит на поверхность Марса. Мы уже знаем, что в марсианском реголите есть токсичные химические вещества, но как насчет пыли, которая оседает из атмосферы? Будет ли риск, если космонавты дышат им? А как насчет материала, который находится ниже под поверхностью?
Изучив этот материал, ученые также смогут понять, насколько хорошо астронавты могут жить за пределами земли. Использовать реголит для стройматериалов и выращивания растений. А также химическое разложение для различных видов сырья.
Являются ли разные части Марса более полезными, чем другие?
Планы миссии по возвращению образца с Марса
Один из первых планов миссии по возвращению образцов на Марс назывался «Сбор образцов для исследования Марса» (или SCIM). Это будет относительно недорогая миссия разведчиков, которая будет летать через атмосферу Марса на высоте до 40 км, собирая пыль и атмосферный газ.
Это будет достаточно высоко, чтобы космический корабль не был захвачен Марсом. Тогда он вернет образцы на Землю. Изучая эти образцы, ученые могли сопоставить образец атмосферы с газами, найденными в этих камнях Марса, чтобы убедиться, что они пришли с Красной планеты. Знаете, они смогут изучать марсианскую пыль вблизи, пыль, которая может образовывать штормы по всей планете, способные завершать миссии марсоходов, и может представлять опасность для будущих астронавтов.
Предложение было сделано в 2001 году для миссии, которая будет летать в 2007 году и возвращать образцы к 2010 году, но она так и не взлетела.
Но в 2009 году НАСА и Европейское космическое агентство начали предпринимать серьезные планы по доставке части Марса домой, официально объявив о своем сотрудничестве с миссией.
Предвидя будущую миссию по возврату образцов, и НАСА, и ЕКА построили свои будущие роверы, чтобы стать первым этапом отправки материалов домой.
По мере того, как он ползет по поверхности Красной планеты, марсоход NASA Mars 2020 будет собирать интересные образцы и затем бросать их на поверхность по мере продвижения. Марсоход ESA Rosalind Franklin, который также планируется к запуску в 2020 году, будет собирать и хранить образцы с поверхности Марса в канистрах размером с ручку, которые будут готовы к вывозу.
Задание по возврату образца будет состоять из трех частей.
Во-первых, Европейским космическим агентством будет построен быстроходный марсоход для сбора образцов для изучения. Затем НАСА, которое должно было доставить образцы на орбиту Марса. И, наконец, орбитальная миссия от ЕКА, которая должна была извлечь образцы и вернуть их на Землю.
Sample Fetch Rover от ESA будет относительно легким автомобилем, не более 120 кг. Ей нужно будет преодолевать 20-30 километров, преодолевая 200 метров в день, самостоятельно преодолевая препятствия. В течение этого периода он собирал десятки образцов, оставленных на поверхности Марсом 2020 или Розалинд Франклин, выбирая 30 или около того наиболее интересных с научной точки зрения для отправки домой.
После нескольких месяцев сбора образцов, Fetch Rover прибудет к марсеру для поиска образцов на Ландере. Это космический корабль, который имеет много общего с марсоходами НАСА Curiosity и Mars 2020.
При входе в марсианскую атмосферу он будет использовать теплоотвод, а затем прыгать с парашютом, в результате чего ракета поднимется на поверхность Марса. Он пробыл на Марсе до 150 дней в ожидании образцов с Fetch Rover.
Когда образцы загружались на борт, Ascent Vehicle запускал гибридный или твердотопливный ракетный двигатель, доставляя образцы на 350-километровую орбиту.
Затем он будет перехвачен орбитальным аппаратом ESA, который совершит совершенно автономное сближение в миллионах километров от Земли. Затем он использует солнечно-электрический ионный двигатель, чтобы отправиться в долгое путешествие на Землю.
И затем, в 2030-е годы, ученые получат около 500 граммов материала с поверхности Марса.
В начале 2019 года Белый дом включил деньги в свой предлагаемый бюджет на миссию по возвращению образца на Марс, которая в идеале может начаться уже в 2026 году. Хотя такая миссия была предложена много раз ранее, это первый раз, когда фактическое финансирование было отложить в сторону. Он дал НАСА 109 миллионов долларов в 2020 году для работы над «будущей деятельностью на Марсе», которая, по сути, является миссией по возвращению образца.
Так что теперь, после почти 50 лет планирования, серьезная миссия по возврату образцов на Марс находится в разработке.
Получите мой еженедельный электронный бюллетень:
Раз в неделю я собираю все свои космические новости в один электронный бюллетень и отправляю их. Там есть фотографии, краткие описания истории и ссылки, чтобы вы могли узнать больше. Перейдите по адресу universetoday.com/newsletter, чтобы зарегистрироваться.
