Doprava vzorků z Marsu opět o krok blíže

NASA začala v posledních týdnech prověřovat možnost, že by mohla již v roce 2026 vypustit robotickou sondu, která by na povrchu Marsu vyzvedla vzorky tamních hornin a dopravila je na Zemi. Projekt se nyní posouvá vpřed, protože americká agentura odkládá své dřívější plány na novou družici, která měla obíhat kolem Marsu a zajišťovat i datový přenos. Mise označovaná jako MSR (Mars Sample Return) bude patřit mezi největší technologické výzvy v dějinách a její cena se odhaduje na několik miliard dolarů. Astronomické výdaje však neponese pouze NASA, ale i zájemci z řad mezinárodních, případně komerčních partnerů. Není tajemstvím, že o účast na této misi má enormní zájem třeba Evropská kosmická agentura.

Infografika o Mars roveru 2020.

Infografika o Mars roveru 2020.
Zdroj: https://lh3.googleusercontent.com
Překlad: Autor

Nový termín, který minulý týden představil Thomas Zurbuchen z ředitelství vědeckých projektů můžeme považovat za vytyčení kurzu vstříc cíli, který již v roce 2011 definovala vědecká rada. Ta zasedá jednou za deset let a právě doprava vzorků z Marsu se od odborníků dočkala největší podpory. Komplexní mise tak začne už v červenci 2020, kdy k Marsu vyrazí nástupce roveru Curiosity – Mars rover 2020.

Vědci moc dobře vědí, že i když miniaturizace dělá značné pokroky a vědecké vybavení roverů se neustále zlepšuje, stále má své limity. Skenovací (rastrovací) elektronový mikroskop, případně synchrotron jsou (a ještě velmi dlouho budou) moc velké na to, aby se vešly na meziplanetární sondu. Pravděpodobnost, že případný objev existence dřívějšího života na Marsu učiní pozemská laboratoř, je mnohem vyšší než v případě roverů.

Výše zmíněný Mars rover 2020, který bude odebírat vzorky hornin se kromě jejich analýzy postará také o jejich uložení do speciálních hermeticky těsnících pouzder. Tato pouzdra následně odloží na povrch Marsu, kde budou čekat na další kolo. V jeho rámci se k Marsu vydá lander vybavený malou raketou, která vynese pouzdro se vzorky do vesmíru. Tento lander by navíc měl obsahovat i relativně malý sběrný rover, který by k landeru dopravil pouzdro zanechané na povrchu roverem 2020. Pokud by tento velký rover stále fungoval, mohl by vzorek do rakety (označované jako MAV – Mars Ascent Vehicle) vložit sám.

Vizualizace sondy Europa Clipper

Vizualizace sondy Europa Clipper
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

A tady se dostáváme k hlavní komplikaci – aby byly lander, MAV i sběrný rover připravené ke startu v roce 2026, došlo by ke značnému napnutí rozpočtu planetární vědy v podání NASA. Agentura chce na začátku dvacátých let vypustit k Jupiteru sondu Europa Clipper, která také bude stát několik miliard dolarů. Sonda má opakovaně prolétnout nad ledovým měsícem Europa a prozkoumat jeho povrch. Nasbíraných údajů chce NASA využít pro stavbu landeru, který by měl na povrchu Europy přistát. Jeho start by mohl přijít na konci dvacátých let. Zatímco Europa Clipper je již schválená mise, lander zatím na oficiální potvrzení čeká.

Jenže NASA bohužel nemá neomezený rozpočet a když se někde přidá, musí se někde ubrat. Urychlení projektu MSR souvisí s odkladem sondy, která má zatím jen pracovní označení NeMO (Next Mars Orbiter). Sonda, která má navázat na sondu MRO, by se měla odložit o více než dva roky, ale projekt zatím neopustil ani koncepční fázi.

Předběžná vizualizace sondy NeMO

Předběžná vizualizace sondy NeMO
Zdroj: http://spaceflightnow.com/

Zástupci NASA v minulých letech diskutovali o možnosti vypustit tuto sondu na konci roku 2022, tedy v následujícím startovním okně po vypuštění vozítka Mars rover 2020. Jenže tato možnost již není ve hře. Jedním z úkolů této sondy měl být i přenos radiových signálů mezi Zemí a rovery na povrchu rudé planety. Orbiter měl být vybaven optickým komunikačním zařízením, které by mohlo odesílat data s mnohem vyšší rychlostí, než jakých dosahuje aktuální, pomalu stárnoucí letka družic na oběžné dráze Marsu.

NASA také chtěla na NeMO posadit teleskopickou kameru, která by měla pokračovat v detailním snímkování povrchu. Přenos dat z povrchu i dálkové detailní snímkování dnes zajišťuje sonda MRO (Mars Reconnaissance Orbiter), která ale k Marsu dorazila už v roce 2006. Americká sonda Mars Odyssey je ještě starší – letos slaví již 16 let provozu. Kolem Marsu ale obíhají i mladší sondy – třeba MAVEN, která dorazila k Marsu před třemi roky a nese zařízení Electra pro komunikaci s rovery na povrchu. Stejný přístroj bychom našli i na evropsko-ruské sondě TGO, která k Marsu přilétla vloni v rámci programu ExoMars.

MAVEN u Marsu

MAVEN u Marsu
Zdroj: http://lasp.colorado.edu/

MAVEN a TGO ale nejsou na optimální oběžné dráze, která by zajišťovala pravidelné přelety nad místy, kde se pohybují rovery. V případě sondy MAVEN se však zvažuje, že by se mohla přesunout na dráhu, která je pro komunikaci s vozítky výhodnější. Přesunem by však sonda musela obětovat část vědeckého výzkumu marsovské atmosféry. Teoreticky je možné s rovery na povrchu komunikovat i prostřednictvím pozemských antén, ale takové řešení má řadu nevýhod – od nižší přenosové rychlosti při přímém spojení až po otáčení Marsu kolem své osy.

Odborníci předpokládají, že sonda MRO vypotřebuje poslední zbytky paliva v letech 2024 až 2025, což bude neodkladný konec mise. „Tím skončí naše éra detailního snímkování i vysokých přenosových kapacit. Tohle jsou kritické schopnosti, u kterých potřebujeme, aby pokračovaly. Ale nemůžeme mít všechno – chceme i dopravit vzorky z Marsu na Zemi a k tomu potřebujeme MAV“ povzdechl si Jim Green, ředitel divize planetární vědy při NASA.

Diagram zařízení Mars Ascent Vehicle

Diagram zařízení Mars Ascent Vehicle
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Filmoví fanoušci, kteří viděli film Marťan, zařízení Mars Ascent Vehicle znají, ale exemplář použitý při misi MSR bude mnohem menší než ten filmový. „Hrozně rádi bychom měli takovou technikou, jakou měli v tom filmu, ale zatím nic takového nemáme,“ přiznal Green a pokračoval: „Musíme se odlepit od Marsu a proto musíme mít relativně malou techniku, která dokáže vynést jen pár kilogramů vzorků. Stroj se musí dostat do dostatečné výšky, kde bude možné vzorky zachytit a poslat je k Zemi. Je to opravdu hodně těžké a proto musíme investovat do konceptů, které nám přinesou tyto technologie.“

Sběrný rover umístí vzorky do zařízení MAV, kde se uloží do pouzdra OS (Orbital Sample) kulovitého tvaru. MAV dopraví OS na téměř kruhovou dráhu ve výšce 343 km (+/- 30 km) nad povrchem Marsu.  Jakmile se pouzro se vzorky dostane na oběžnou dráhu Marsu, přiblíží se k němu jiná sonda (pravděpodobně NeMO) a provede biologické zabezpečení. Konkrétně to bude vypadat tak, že se OS uloží do biokontejneru (BC). Následně by k Marsu dorazila další sonda označovaná zatím jako Courier spacecraft. Ta bude zřejmě evropská, ale NASA zvažuje i možnost, že by mohlo jít o soukromý projekt. Courier spacecraft se na oběžné dráze Marsu spojí s družicí NeMO, od které převezme biokontejner BC – ten pak uloží do návratového pouzdra ERC (Earth Return Capsule) a pošle jej k Zemi. NeMO by pak zůstala u Marsu, kde by zajišťovala přenos dat a vědecký výzkum.

NASA zatím přesně neurčila, zda návratové pouzdro se vzorky zamíří přímo do zemské atmosféry, nebo zda přiletí k Měsíci, kde by jej zachytili astronauti pobývající na palubě nástupce ISS. Návratové pouzdro by se pak na Zemi vrátilo na palubě lodi Orion.

Sonda TGO při brzdícím zážehu

Sonda TGO při brzdícím zážehu
Zdroj: http://spaceflight101.com/

V prezentaci z minulého týdne navíc Zurbuchen zmínil, že by mise na dopravu vzorků z Marsu vypuštěná v roce 2026 nemusela obsahovat nový orbiter. MAVEN a TGO mají dostatek paliva, aby mohly fungovat i po roce 2026. Zařízení pro dopravu vzorků k Zemi by pak mohlo nést i sestavu, která by zajistila komunikaci. Jinými slovy – několik let po roce 2026 obstarají komunikaci s povrchem sondy MAVEN a TGO a pak se k Marsu vydá upravený orbiter NeMO, který zároveň pomůže při odletu vzorků k Zemi.

Mars Odyssey

Mars Odyssey
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Zajištění komunikačních kapacit u Marsu je totiž velmi důležité. „Musíme si uvědomit, že Mars Odyssey skončí v roce 2020 a pak budeme mít jen MRO a dva napůl použitelné stroje (myšleno z hlediska oběžné dráhy, nikoliv komunikačních kapacit),“ upozornil Casey Dreier z Planetary Society a dodal: „Jestli jejich (NASA) interní analýzy říkají, že se na takovou sestavu mohou spolehnout v polovině 20. let, pak jim věřím, ale pak musí uskutečnit návrat vzorků z Marsu co nejdříve, aby byli na těchto stárnoucích družicích co nejméně závislí.“

Pokud by se tedy mise odsunula na konec dvacátých let, musela by NASA přepracovat architekturu představenou minulý týden – přednost by dostala přenosová družice NeMO. „Jelikož je rok 2022 ze hry a jelikož NASA evidentně stojí víc o misi MSR než NeMO, je potřeba začít s přípravami návratové mise co nejdříve,“ dodal Dreier, který nový scénář představený minulý týden „obecně schvaluje“.

Ukázka komunikace roveru na povrchu se sondami na oběžné dráze - americké Mars Odyssey a MRO doplňuje evropská Mars Express

Ukázka komunikace roveru na povrchu se sondami na oběžné dráze – americké Mars Odyssey a MRO doplňuje evropská Mars Express
Zdroj: http://spaceflightnow.com/

Existuje samozřejmě i možnost, že v roce 2026 poletí k Marsu orbiter. Výzvy pro relativně nízkonákladové meziplanetární mise v rámci programu Discovery se otevírají jednou za několik let a vědci mohou klidně navrhnout sondu, která by měla kroužit kolem Marsu – jen pak musí uspět ve výběrovém řízení proti ostatním návrhům sond k Měsíci, kometám, asteroidům a jiným planetám. K tomu aby uspěla, musí mít vědecké odůvodnění, přičemž přenosová kapacita je spíše sekundární bonus.

Podle Zurbuchena by NASA ráda pro přenosovou sondu u Marsu využila služeb soukromého sektoru. Agentura už v roce 2014 požádala průmyslové partnery o informace, jak by NASA mohla využít služeb soukromé komunikační sondy kolem Marsu. Ve hře je mimochodem i SpaceX, která by o takovou družici měla zájem.

Laserová komunikace mezi Marsem a Zemí - zatím jen jako umělecká představa

Laserová komunikace mezi Marsem a Zemí – zatím jen jako umělecká představa
Zdroj: http://images.spaceref.com

Komunikační družice s vysokým datovým průtokem je nezbytným předpokladem pro dlouho slibovanou pilotovanou výpravu, ke které by mohlo dojít ve 30. letech, pokud bude mít NASA dostatečný rozpočet. Převedení starostí s vývojem přenosové družice na komerční sektor zatím není jisté – agentura od již zmíněného roku 2014 tuto možnost stále zvažuje především s ohledem na to, aby soukromá firma dokázala splnit všechny potřebné požadavky.

Aktuální dění tedy kromě jiného ukazuje, že NASA chce dávat soukromým firmám stále větší volnost a možnost podílet se na „opravdové kosmonautice“. Je důležité zdůraznit, že v případě zařízení, které by přišlo do styku se vzorky v rámci projektu MSR, bude NASA nekompromisní z hlediska planetární ochrany, bezpečnosti a standardů čistoty, které zajistí, že vzorky nebudou ničím kontaminovány, ale i to, že vzorky nekontaminují vnější prostředí.

Zdroje informací:
https://spaceflightnow.com/
http://emits.sso.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://assets.cdn.spaceflightnow.com/…/2017/08/29004959/mars_sample_return.jpg
https://lh3.googleusercontent.com…n4Gu9VpLtnK5XJyXjVn2VzQ=s2200
https://upload.wikimedia.org/…/Europa_Mission_Spacecraft_-_Artist%27s_Rendering.jpg
http://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2015/03/mars_sep.png
http://lasp.colorado.edu/home/maven/files/2011/03/MAVEN_LM_cover.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/Mars-sample-return-Mars-ascent-vehicule-diagram.png
http://spaceflight101.com/…/79/2016/03/ExoMars_2016_TGO_enters_orbit.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/phx20100413-full.jpg
http://spaceflightnow.com/…/mars-orbiters-rovers-odyssey-reconnaissance-opportunity-full.jpg
http://images.spaceref.com/news/2014/mars_laser_comms_945.jpg

Doprava vzorků z Marsu opět o krok blíže, 5.0 out of 5 based on 30 ratings
Pin It
(Visited 3 171 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (30 votes cast)
(Visited 3 171 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


36 komentářů ke článku “Doprava vzorků z Marsu opět o krok blíže”

  1. Alois napsal:

    Sonda směřující k Marsu musí mít na hranici Hillovy sféry rychlost 3 km/s. Stejnou rychlost bude mít i sonda přilétající do gravitačního pole Země při návratu od Marsu. Měsíc je hluboko v gravitačním poli Země a tak sonda nabere nejméně další dva km/s. Zachycení návratového pouzdra někde u Měsíce mi připadá nereálné, nebo se mýlím ?
    Obavy o “ kontaminaci“ mi připadají přehnané, na Zemi leží miliony let tuny meteoritů z Marsu a k žádné kontaminaci nedošlo.

    • Vojta napsal:

      Nepoletí jen pouzdro, ale návratová sonda schopná manévrovat a pokud by měla i dostatek paliva, tak prostě zabrzdí. I tak mi ale přijde logičtější použít menší sondu, místo brzdícího motoru tepelný štít a zabrzdit v atmosféře Země.

      • Vojta napsal:

        Na druhou stranu… Motor je třeba i na brzdění u Marsu a odlet od něj, takže jde v podstatě jen o palivo a možná to zaparkování u Měsíce nevyjde až tak zle.

        • Štěpán napsal:

          Říct jenom palivo je vskutku zavádějící. Když se jedná o Mars jde hlavně o váhu vynesené sondy a tady je pak s palivem problém… Toho paliva by muselo být hodně a pak by se to celé prodražilo

    • Jiří Hošek napsal:

      K Vaší otázce: Mýlíte se.
      http://www.kosmonautix.cz/2017/08/drahy-nastupce-iss/

      K riziku kontaminace: Je dobře, že je NASA nekompromisní.

  2. Vojta napsal:

    Ví se už, jaká raketa má vynášet MAV a jeho podpůrné systémy? Skoro mi to přijde jako práce pro SLS. Falcon Heavy (což bude v té době nejspíš druhá nejsilnější raketa) to bude mít nejspíš na hranici nosnosti.

  3. Android napsal:

    Někdy mne ta fyzika překvapuje v tom jak snadno selže moje empirie. Kdyby se mne někdo zeptal: Střel mi od boku základní rozměry rakety na dopravu 20kg materiálu z povrchu Marsu na jeho kruhovou 300km oběžnou dráhu, tak mu řeknu: no průměr tak 0,7-1m a výška 6-8m. A on stačí takový prcek.

    • AKA the A napsal:

      „Prcek“ jede na kapalná paliva 😉
      V kombinaci s citelně menší potřebnou Vd (a ještě velmi řídkou atmosférou, takže dobrý isp motoru i na povrchu) to prostě stačí…

      V současnosti asi nejmenší samostatná raketa co zvládla LEO – Japonská Lambda 4S – 29kg na LEO, 0.74×16.5m, 9.4t startovní hmotnost…měla všechny 4 stupně na pevná paliva 😀

  4. Spytihněv napsal:

    Vypadá to, že asi největší změna proti stavu před asi třemi měsíci je naplánování další sondy-Courier spacecraft, která převezme vzorky od sondy NeMO, která je zachytí na oběžné dráze Marsu po vynesení pomocí MAV.

    Původně to zřejmě mělo být tak, že součástí NeMO bude ERV (Earth Return Vehicle) s návratovým pouzdrem. Sem by se vzorky z MAV přeložily, ERV by se poté odpoutal od NeMO a vydal na cestu k Zemi.

  5. Roman L. napsal:

    Takže na sběr vzorků z Marsu je třeba rover, který vzorek odebere, lander s raketou a dalším roverem, orbiter pro převzetí vzorku a další sonda na dopravu k Zemi. To je celkem 4 starty. Celkem vypovídající údaj o tom, o kolik je těžší dovézt vzorek z Marsu oproti Phobosu, ze kterého chtěli Rusové dostat na Zemi materiál pomocí jediné sondy, která navíc ani nebyla nějak extrémně velká, když letěla na Zenitu 🙂

    • android napsal:

      Tak přivést vzorek z Phobosu a z Marsu je energeticky docela rozdíl ne? A nebo chcete naznačit, že v NASA dělají něco špatně?

      • Spytihněv napsal:

        Myslím, že Roman L. chtěl jen ilustrovat právě ten rozdíl v náročnosti obou misí. Já bych jen ještě přihodil fakt, že aby toho neměl málo, tak Fobos-Grunt si ještě v klidu přibalil náklad v podobě čínské marsovské družice, tedy + dalších asi 110 kg.

      • Roman L. napsal:

        No právě, je to energeticky velký rozdíl, a díky příkladu Fobos-Grunt si umíme lépe představit, jak velký ten rozdíl je.

  6. Peter P napsal:

    V roku 2020 chysta SpX minimalne jeden let k Marsu, mozno rovno dva. Tieto demonstratory sa pokusia o niekolko cielov. Dopravit k Marsu pomerne objemny naklad. Pokusia sa pristat. Pokial by puzdra leteli napriklad 2 az 3 tyzde po sebe existovala by moznost napriklad v pripade neuspechu prveho ciastocne upravit software tak aby druhe pristatie bolo uspesne (ale je to cisto teoreticka moznost). V pripade, ze to uspesne bude, tak sa urcite budu pokusat pristat jeden vedla druheho aby sa dokazalo, ze logisticka podpora zo zeme je mozna.

    Pokial by pristatie oboch (alebo jedneho) demostratora vychadzajuceho z Dragonuv2 bolo neuspesne, tak to ale stale dokazuje ze minimalne dopravit naklad k Marsu dokazu. Dokazem si predstavit, ze SpX moze ponuknut agenturam sluzbu, kde pri jednom starte dostane k marsu az niekoko vedeckych druzic pre ESA, NASA, JAXA a pod. Orbiterov, alebo landerov za naklady, ktore by boli zaujimave a aktualne plany NASA by sa mohli velmi rychlo menit.

    Jednen len FH k Marsu by mohol dopravit az niekolko druzic, ktore by zabezpecili velmi komplexny prenos dat. Nemuseli by yt tak drahe ved technologie, ktore sa dnes pouzivaju su stare uz skoro 20 rokov a stale na obeznej drahe perfektne funguju vid MRO (Mars Reconnaissance Orbiter).

  7. Hawk napsal:

    Berte vazne jen projekty ,ktere se planuji ci realizace pokrocila do horizontu max. 5 let, vse ostatni jsou bohuzel casto vzdusne zamky.

    Viz napr.: Jupiter Icy Moons.
    „Hlavní dodavatel sondy bude vybrán ještě v průběhu roku 2004. Start sondy lze očekávat nejdříve v roce 2015.“

    http://www.astro.cz/clanky/kosmonautika/jimo-jupiter-icy-moons-orbiter.html

  8. Honza napsal:

    Jsou nějaké novinky okolo dronu na Roveru 2020?

  9. Zdeněk napsal:

    Proč posílat za miliardy vzorky v řádu kilogramů ? Za ty samé peníze by se dala navrhnout vlastní vesmírná kosmická loď která by k Marsu dopravila kosmonauty.

Zanechte komentář