Mars Astrobiology Explorer-Cacher - Mars Astrobiology Explorer-Cacher

Mars Astrobiology Explorer-Cacher
MAX-C-Rover.jpg
Missionstyp Rover
Operator NASA
Missionsdauer Ein Erdenjahr (vorgeschlagen)
Eigenschaften von Raumfahrzeugen
Startmasse 300 kg (660 lb)
 

Der Mars Astrobiology Explorer-Cacher ( MAX-C ), auch bekannt als Mars 2018-Mission, war ein Konzept der NASA für eine Mars- Rover- Mission, die 2018 zusammen mit dem europäischen ExoMars- Rover gestartet werden sollte . Das Rover-Konzept MAX-C wurde im April 2011 aufgrund von Budgetkürzungen eingestellt.

Der Rover wäre solarbetrieben gewesen , hätte eine maximale Masse von 300 kg und basierte weitgehend auf den Curiosity- Rover- Komponenten, hätte aber ein auf die spezifische Nutzlast zugeschnittenes System mit sich gebracht. Der MAX-C-Rover hätte eine astrobiologische In-situ- Exploration durchgeführt, das Bewohnbarkeitspotenzial verschiedener Marsumgebungen bewertet und Proben für eine mögliche Rückkehr zur Erde durch eine zukünftige Mission gesammelt, dokumentiert und zwischengespeichert.

Geschichte

Der notwendige Energie-, Wasser- und Nährstoffbedarf, um das Leben auf dem Mars zu unterstützen und zu erhalten, ist derzeit vorhanden, und die geologischen Aufzeichnungen des Mars bieten verlockende Hinweise auf viele alte bewohnbare Umgebungen. Wenn Leben auf dem frühen Mars entstand und sich entwickelte, ist es möglich und sogar wahrscheinlich, dass physikalische oder chemische Biosignaturen in den freigelegten Gesteinsaufzeichnungen erhalten bleiben. Diese Entdeckungen und Schlussfolgerungen sind ein überzeugendes Argument für eine Rover-Mission, die nach Beweisen für das vergangene Leben auf dem Mars suchen soll .

Seit über einem Jahrzehnt verfolgt das Mars Exploration Program die Strategie „dem Wasser folgen“. Während diese Strategie bei den Marsmissionen von 1996-2007 sehr erfolgreich war, wird zunehmend anerkannt, dass die Bewertung des vollen astrobiologischen Potenzials der Marsumgebungen über die Identifizierung von Orten hinausgeht, an denen flüssiges Wasser vorhanden war. Um Spuren von vergangenem oder gegenwärtigem Leben auf dem Mars zu suchen, ist es daher notwendig, das makroskopische und mikroskopische Gefüge von Sedimentmaterialien umfassender zu charakterisieren . Diese Art von Informationen wäre entscheidend, um relevante Proben auszuwählen und zwischenzuspeichern, um die Lebensfrage in Proben zu beantworten, die in hochentwickelten Labors auf der Erde untersucht werden sollen.

Die mögliche Strategie der Verwendung von Rovern zum Sammeln und Cachen von geologischen Proben für eine mögliche spätere Rückkehr zur Erde wurde bereits mindestens Mitte der 1990er Jahre diskutiert. Im Jahr 2007 wurde empfohlen, bei allen Oberflächenmissionen, die dem Mars Science Laboratory Curiosity- Rover folgen , Proben zwischenzuspeichern, um eine relativ frühe Rückkehr der Proben zur Erde vorzubereiten. Mitte 2007 ordnete die NASA an, dass dem Curiosity- Rover ein sehr einfacher Cache hinzugefügt werden sollte, und obwohl sie den potenziellen Wert des Sample-Caching bestätigten, äußerten Experten ernsthafte Bedenken hinsichtlich der Sample-Qualität für diese spezielle Implementierung. Im November 2008 wurde der Cache entfernt, um Platz für Werkzeuge zum Reinigen der Probenerfassungsausrüstung des Rovers zu schaffen, die aufgrund von Problemen bei der Probenhandhabung des Phoenix- Landers hinzugefügt wurden .

In die Planungsarbeit des Mars Architecture Tiger Teams (MATT) war ursprünglich ein Midrange-Rover-Konzept eingebunden. Zum Zeitpunkt des MATT-3-Berichts im Jahr 2009 wurde die potenzielle Mission mit mehreren verschiedenen Arbeitsnamen bezeichnet, darunter sowohl „Mid-Range Rover“ als auch „Mars Prospector Rover“, und das Missionskonzept war allgemein als eine einzige vorgesehen Mars Exploration Rover oder Mars Science Laboratory- Klasse Rover mit Präzisionslandung und Sampling/Caching-Funktion. Um einen Namen zu geben, der besser zum Missionskonzept passt, wurde er im August 2009 vom generischen Mid-Range Rover (MRR) in Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C) geändert.

Sowohl der MAX-C als auch der Mars 2020 Perseverance- Rover sollten Funktionen verwenden, die für den Curiosity- Rover entwickelt wurden

Im April 2011 wurde aufgrund einer Haushaltskrise der Vorschlag angekündigt, 2018 nur einen Rover zu fliegen, der größer sein würde als die beiden Fahrzeuge des gepaarten Konzepts, ExoMars (ESA) und MAX-C (NASA). Ein Vorschlag war, das neue Fahrzeug in Europa zu bauen und eine Kombination aus europäischen und US-amerikanischen Instrumenten zu übernehmen. Die NASA schlug vor, eine Startrakete und das Landesystem "Sky Crane" bereitzustellen. Im Februar 2012 beendete die NASA ihre Teilnahme an ExoMars aufgrund von Haushaltskürzungen, und als der Kongress nach einem lauten Aufschrei von Planetenwissenschaftlern und -enthusiasten die Finanzierung der Marserkundung wieder einsetzte, kündigte die NASA im Dezember 2012 den Mars 2020- Rover an und später, dass dies tatsächlich der Fall sein würde Bereiten Sie einen Beispiel-Cache vor.

Ziele

Das Hauptziel bestand darin, an einem Standort mit hohem Erhaltungspotenzial für physikalische und chemische Biosignaturen die Paläo-Umweltbedingungen zu bewerten, das Potenzial für die Erhaltung von Biosignaturen zu charakterisieren und auf mehrere Sequenzen geologischer Einheiten bei der Suche nach Beweisen für vergangenes Leben und/oder Präbiotika zuzugreifen Chemie. Proben, die zum Erreichen der wissenschaftlichen Ziele der vorgeschlagenen zukünftigen Probenrückgabemission erforderlich sind, würden gesammelt, dokumentiert und in einer für eine mögliche Rückkehr zur Erde geeigneten Weise verpackt .

Das primäre wissenschaftliche Ziel war es, an einem Standort zu landen, der ein hohes Bewohnbarkeitspotenzial und ein hohes Erhaltungspotenzial für physikalische und chemische Biosignaturen aufweist:

  • Frühe noachische Astrobiologie – Präbiotischer Umweltkontext, in dem möglicherweise Leben entstand.
  • Noachian-Hesperian Stratigraphie – Ob die Oberflächenbedingungen vor und nach dem Rückgang der Erosion, der wässrigen Verwitterung, der Flussaktivität und des Magnetfelds bewohnbar waren.
  • Astrobiologie — Testen Sie lebensbezogene Hypothesen im Kontext einer anderen spezifischen Art von geologischem Terrain. Probensammlung, die Beweise für präbiotische Chemie oder Leben auf dem Mars hätte bewahren können ; charakterisieren das Potenzial zur Erhaltung von Biosignaturen.
  • Methanemissionen aus dem Untergrund.
  • Radiometrische Datierung
  • Tiefkernbohrer - Kernproben aus einer Tiefe von ~ 2m
  • Polar geschichtete Ablagerungen – Untersuchen Sie potenzielle Aufzeichnungen der jüngsten globalen Klimaänderungen.
  • Flacheis mittlerer Breite — Untersuchen Sie die Bewohnbarkeit des Eises mittlerer Breite und wie beeinflusst Perchlorat die derzeitige Bewohnbarkeit des Mars. Könnte Eis mittlerer Breite eine Ressource für die In-Situ-Ressourcennutzung (ISRU) darstellen?

Ein sekundäres wissenschaftliches Ziel wäre gewesen, den Bedarf an langfristigen atmosphärischen Druckdaten von der Marsoberfläche zu decken. Es gab Studien, die die Möglichkeiten einer kooperativen Wissenschaft zwischen dem MAX-C-Rover und dem ExoMars- Rover bewerteten, wenn sie zusammen am selben Ort landeten.

Landung

Die geplante MAX-C-Mission wäre angesichts des günstigen Atmosphärendrucks zu dieser Jahreszeit und der Leistung des „Himmelskran“-Liefersystems im Januar 2019 auf der Nordhalbkugel im Winter auf dem Mars angekommen. Aufgrund der Exzentrizität der Marsumlaufbahn, dem Zugang zu den Breitengraden für einen solarbetriebenen Rover, sind die nördlichen Breiten hinsichtlich des Energie- / Wärmedesigns weniger streng als die südlichen Breiten, was einen effektiven Betrieb an Standorten bis zu 25° N nördlich und bis zu 15° südlich ermöglicht °S.

Angesichts der Tatsache, dass wissenschaftlich interessante Merkmale oft ein Gelände darstellen, auf dem zu landen zu gefährlich ist, wird die Landeellipse oft so ausgerichtet, dass sie direkt an, aber nicht über den interessierenden Merkmalen platziert wird. Das Ergebnis ist, dass der Zugang oft ein Produkt sowohl der Ellipsengröße als auch der Rover-Traversierfähigkeit ist, die ausreicht, um die Ellipse in einer angemessenen Zeit relativ zur Missionslebensdauer zu verlassen. Das Einstiegs-, Sink- und Landesystem wäre mit einer Zielgenauigkeit von 7 km (4,3 mi) von hoher Präzision gewesen. Der solarbetriebene Rover hätte eine Reichweite von nicht weniger als 10 km (6,2 Meilen) und eine Lebensdauer von mindestens einem Erdenjahr haben müssen.

Rover

Der MAX-C-Rover hätte sich auf die signifikante Vererbung des Curiosity- Rovers- Designs, des Flugdesigns, des Testdesigns , der Test- und Handhabungshardware von MSL verlassen , um Kosten und Risiken zu minimieren. Dieser solarbetriebene Rover benötigte eine Reichweite von nicht weniger als 20 km und eine Lebensdauer von mindestens 500 Marstagen (Sols). Da viele der geologisch interessanten Terrains auf dem Mars geschichtete Schichten an Hängen in Kratern, Kanälen und Hügeln freilegen, wäre es für die geplante MAX-C-Mission äußerst nützlich, auf Neigungen von bis zu 30 Grad navigieren zu können, da beide die Spirit and Opportunity MERs getan haben.

Die Masse wäre etwa 300 kg gewesen, größer als die der MERs , vergleichbar in der Masse mit dem ExoMars- Rover, aber leichter als der Curiosity- Rover.

Vorgeschlagene wissenschaftliche Instrumentierung

Der Rover hätte ausreichend Instrumente mitgeführt, um Proben für das Caching wissenschaftlich auszuwählen. Es wurde davon ausgegangen, dass sich dies in den folgenden Instrumenten und Fähigkeiten niederschlägt:

  • Muss in der Lage sein, aus der Ferne (dh mit mastmontierten Instrumenten) Aufschlüsse zu charakterisieren und interessante Merkmale zu identifizieren (Panoramakamera, Nah-IR-Spektrometer )
  • Muss in der Lage sein, mikroskalige Bilder von Aufschlüssen zu sammeln; Kontaktinstrument ( mikroskopische Bildgebung )
  • Muss in der Lage sein, unverwitterte Felsoberflächen mit einem Oberflächenabtragswerkzeug (Schleifbits) freizulegen
  • Muss in der Lage sein, Mineralogie auf Mikroskalen auf den abgeriebenen Gesteinsoberflächen zu messen; Kontaktinstrument ( Raman-Spektroskopie )
  • Muss in der Lage sein, die chemische Massenelementarchemie auf den abgeriebenen Gesteinsoberflächen zu messen; Kontaktinstrument ( Alpha-Partikel-Röntgenspektrometer )
  • Muss in der Lage sein, organische Verbindungen auf den abgeriebenen Gesteinsoberflächen zu messen ; Kontaktinstrument (Raman-Spektroskopie)
  • Muss in der Lage sein, die Zusammensetzung mit mikroskaligen Strukturen und Texturen im Gestein zu korrelieren (mikroskopische Bildgebung)

Beispielcache

Die Rücksendung von Proben vom Mars ist für die Erfüllung der höchsten wissenschaftlichen Ziele des Mars Exploration Program unerlässlich. Eine Mission zur Rückführung von Marsproben ist jedoch mit hohen Kosten und Risiken verbunden und erfordert wissenschaftliche Probenauswahl, -beschaffung und -dokumentation für eine mögliche Rückkehr zur Erde, sodass sie auch einen beispiellosen Wert liefern muss. Obwohl jede vom Mars zurückgegebene Probe für wissenschaftliche Untersuchungen nützlich wäre, ist es auch wahr, dass nicht alle Proben für detaillierte wissenschaftliche Untersuchungen gleichermaßen nützlich wären. Um wissenschaftliche Fragestellungen mit höchster Priorität zu beantworten, wäre eine Auswahl von „hervorragenden Proben“ erforderlich. Proben, die zum Erreichen der wissenschaftlichen Ziele der vorgeschlagenen zukünftigen Probenrückgabemission erforderlich sind, würden gesammelt, dokumentiert und in einer Weise verpackt, die für eine mögliche Rückkehr zur Erde geeignet ist. Ein zukünftiges Rendezvous an der Oberfläche würde den Cache bergen und in das "Mars Ascent Vehicle" laden, um es zur Erde zu bringen.

Wenn Wissenschaftler am Rover-Landeplatz MSL Curiosity (2012) keine herausragende Probe erkennen, möchten sie einen Rover zu einem alternativen Standort schicken, der aus Orbitaldaten ausgewählt wurde und für den argumentiert werden könnte, dass es bessere Wissenschaft gibt oder Zugangspotential; Wenn MSL herausragende Proben entdeckt, würden Wissenschaftler vermutlich einen Rover zurückschicken wollen, um sie für die Rücksendung abzuholen. Daher hätte die Entwicklung des MAX-C für einen Start im Jahr 2018 Zeit und Ressourcen sparen können. Die vorgeschlagene Probenahmeanforderung würde darin bestehen, innerhalb eines Erdjahres 20 Proben an vier Standorten außerhalb der Landeellipse zu sammeln. Der Rover würde dann an einen sicheren Ort fahren, um den 20-Sample-Cache für einen Abruf-Rover zu hinterlegen, den er möglicherweise irgendwann nach 2020 abrufen kann. Für ein solches Szenario würde der MAX-C-Rover voraussichtlich 10 km in 150 Fahrsols zurücklegen, d , im Durchschnitt ~67 m/sol, so dass eine verbesserte Rover-Autonomie für die Kandidaten-MAX-C-Mission erforderlich wäre.

Der MAX-C-Rover hätte Proben durch Kernbohrungen und Abrasion gewinnen können. Das Kernbohren sollte durch den Einsatz eines Kernbohrers erfolgen , der Kerne von ca. 10 mm Durchmesser bis zu 50 mm Länge herstellen konnte, die in einzelne Hülsen mit eingepressten Kappen gekapselt wurden. Das Abschleifen des Oberflächenmaterials würde durch die Verwendung eines speziellen Schleifmeißels erreicht, der in das Kernwerkzeug eingesetzt wird. Dieses Werkzeug soll kleine Mengen von Oberflächenmaterial entfernen, um den Zugang zu den Instrumenten über Staub- und/oder Witterungsschichten hinweg zu ermöglichen. Es würde eine kreisförmige Fläche mit ähnlichem Durchmesser wie der Kern (8–10 mm) abschleifen. Eine Translation des Arms würde verwendet, um die einzelnen Abriebstellen zu scannen. Der Rover sollte in der Lage sein, mindestens 38 Kernsamples zwischenzuspeichern.

Technische Entwicklung

Es wurden Kosten von 70 Millionen US-Dollar zur Finanzierung der Technologieentwicklungsaktivitäten veranschlagt; das Missionskonzept würde eine Technologieentwicklung in vier Schlüsselbereichen erfordern:

  • Entkernen, Verkapseln und Zwischenspeichern: Leichte Werkzeuge/Mechanismen zum Erhalten und Handhaben von entkernten Proben.
  • Instrumente: Zusätzlicher Technologiefokus auf ausgereifte Instrumente, die die hier gestellten Messanforderungen erfüllen könnten, insbesondere die mikroskalige Mineralogie, organische und elementare Zusammensetzungskartierung.
  • Planetarer Schutz/Kontaminationskontrolle: Bioreinigung, Katalogisierung von Biokontaminanten und Transportmodellierung, um sicherzustellen, dass zwischengespeicherte Proben zurückgegeben werden können.
  • Rover-Navigation: Bildverarbeitung und Navigation an Bord zur Erhöhung der Verfahrgeschwindigkeit.
  • Punktlandung: Eine große wissenschaftliche Priorität ist die Verbesserung des Zugangs zu komplexem Gelände, was eine deutliche Verengung der Landeellipse erfordert.

Basierend auf einem Entwurf des Projektzeitplans und einer vollständigen experimentellen Studie des JPL- Teams wurden die Gesamtprojektkosten in US-Dollar, ohne Trägerrakete, auf 1,5 bis 2,0 Milliarden US-Dollar geschätzt.

Siehe auch

Verweise

Externe Links