Nasa/JPL-Caltech
Nasa heeft onlangs de wetenschappelijke gemeenschap gevraagd om te helpen met innovatieve ideeën voor manieren om de Mars Sample Return (MSR) missie uit te voeren. Dit was in reactie op een rapport van een onafhankelijke commissie die oordeelde dat het prijskaartje van 11 miljard US$ (£8.7 miljard) te duur was en dat de tijdslijn van 2040 te ver in de toekomst lag.
In het kort kwam het ambitieuze plan erop neer om rotsmonsters te verzamelen die door Nasa’s Perseverance rover in containers waren opgeslagen en deze af te leveren aan laboratoria op aarde. Perseverance verkent sinds 2021 de Jezero krater op Mars, waar ooit een oud meer zou hebben gelegen. De missie zou de monsters afleveren door een lander met een raket (Nasa’s Sample Retrieval Lander) naar het oppervlak van Mars te sturen.
Perseverance zou dan de opgeslagen rotsmonsters bij de lander afleveren, met kleine dronehelikopters die als back-up op de lander worden afgeleverd. De monsters van Perseverance zouden dan in een baan om Mars gelanceerd worden met behulp van de raket van de lander. Een ruimtevaartuig dat zich al in een baan om Mars bevindt, de Earth Return Orbiter, zou deze monsters dan onderscheppen en ze op Aarde afleveren.
Dat deadlines naar de toekomst worden verschoven is niet nieuw. Het is gebeurd met Nasa’s plannen om terug te keren naar de maan en Europa’s ExoMars missie om leven te vinden op de rode planeet. Hoewel het goed is om realistisch te zijn over tijdlijnen, is het landschap van de ruimteverkenning de laatste twee decennia veranderd, omdat organisaties zoals Nasa te maken hebben met grootschalige financiële druk en banenverlies.
Grootmachten sturen niet langer mensen naar de maan met enorme budgetten zoals in het Apollo-tijdperk. Innovatie en efficiëntie zijn dus van vitaal belang om ruimteverkenning financieel mogelijk te maken.
Private bedrijven nemen een groter marktaandeel in de ruimtevaart in het westen. Dit is een keerpunt voor de verkenning van de ruimte en een oproep om innovatie na te streven en de uitgaven te beteugelen. Het alternatief is het risico om de laatste grens te verlaten.
Lees meer:
Nasa gaat missie die monsters van Mars terugstuurt herzien – dit is waarom het moet en zal doorgaan
Een generale repetitie voor astronauten
De terugkeer van Marsmonsters kan op verschillende manieren wetenschappelijk baanbrekend zijn. Van gesteente uit de Jezero krater, in het bijzonder een ontsluiting met de naam Bunsen’s Peak, is ontdekt dat het bestaat uit mineralen die zijn afgezet in water.
Op aarde zijn mineralen die door water zijn afgezet goed in het vasthouden van biologisch materiaal, zoals micro-organismen. Ze kunnen ook een indicatie geven van de klimaatomstandigheden ten tijde van de vorming van het gesteente.
Er zijn grenzen aan de wetenschap die kan worden uitgevoerd met wetenschappelijke instrumenten die ook licht genoeg zijn om op een rover te laden. De mogelijkheid om monsters van Martiaans gesteente te analyseren in een laboratorium op aarde zou diepgaande inzichten kunnen opleveren in de mogelijkheden voor leven in de ruimte.
Maar er is een nog fundamentelere reden waarom de terugkeer van Marsmonsters zo belangrijk is. Het is een opstap naar mensen op Mars. Nasa’s programma voor verkenning van de menselijke ruimte is expliciet gericht op mensen op Mars.
Als je geen rotsmonster terug kunt brengen, hoe kun je dan ooit een astronaut terugbrengen? Het veilig opslaan en terugbrengen van goederen door ze van een andere planeet naar de Aarde te lanceren, op een economisch haalbare manier, is allemaal nodig voor een menselijke Marsmissie.
Ruimtemissies zijn gevaarlijk, astronauten kunnen niet vertrouwen op de missiecontrole op meer dan 100 miljoen mijl afstand. Elke poging om laarzen op Mars te zetten moet gefaseerd gebeuren om de risico’s te beperken.
Een aantal ruimtevaartorganisaties over de hele wereld onderzoeken mogelijke missies om materiaalmonsters van Mars of zijn manen af te leveren, waaronder China en Japan. Een deel van de reden voor deze interesse is als een proof-of-concept voor menselijke landingen – zij het een verkleinde.
Innovatie en miniaturisatie
Ondanks het belang van de missie moet Nasa nog steeds het budget voor Marsmonsterretour terugbrengen van 11 miljard dollar naar 8 miljard dollar om de missie te kunnen uitvoeren. Terwijl een herzien plan gericht is op het stroomlijnen van de missiearchitectuur om deze minder complex te maken, zoals Nasa’s oproep voor ideeën suggereert, zal innovatie vanuit de academische wereld moeten worden ingebracht op ontwerpniveau.
Er zijn veel voorbeelden waar ingenieurs al innovaties bedenken voor hardware voor ruimteverkenning die dergelijke efficiëntieverbeteringen kunnen opleveren. Bijvoorbeeld, kleinere, lichtere rovers die nog steeds bestand zijn tegen de ruwe omgevingen op andere planetaire lichamen kunnen kosten besparen en andere voordelen opleveren.
Een onconventioneel chassis, gebaseerd op de manier waarop zandvissen zich voortbewegen op kusten, zou verkenners kunnen helpen om grote obstakels te overwinnen met minder wielen, waardoor het gewicht en de omvang afnemen.
Gewicht kan ook bespaard worden door innovatieve boor- en bemonsteringsmethoden te onderzoeken. Prototype-oplossingen met interne mechanismen die lichtere boren en uitgebreide monsteropslag ondersteunen zouden een prioriteit moeten zijn voor ontwerpers. Dit helpt misschien niet voor de huidige Mars monstername missie, die een rover zal gebruiken die al op Mars is, maar het zou de kosten van toekomstige monstername missies omlaag kunnen brengen.
Het feit dat Nasa de wetenschappelijke gemeenschap vraagt om nieuwe manieren te bedenken om Marsmonsters terug te sturen, is een erkenning dat het zo niet verder kan. Ruimteverkenning moet innovatie omarmen en een eerste stap daarvoor is samenwerking met de academische wereld.
Om het overgangsonderzoek te consolideren en te versnellen, is de overdracht van kennis van de oorspronkelijke uitvinders in het laboratorium naar het veld van vitaal belang voor het voortbestaan van het veld en is dit afhankelijk van nauwere, duurzame relaties met academici en onderzoeksgroepen die naar de ruimte kijken.
Private bedrijven die meedoen aan de ruimtewedloop – en nieuwe ruimtevaartmogendheden zoals India, China, Saoedi-Arabië en de VAE – hebben laten zien dat ze bereid zijn om verder te kijken dan de ontwerpen die tot nu toe hebben gewerkt, en innovatie omarmen om de kostenefficiëntie te verbeteren.
Tenzij bestaande organisaties serieus beginnen te overwegen hoe innovatie en kennisoverdracht ruimteverkenning goedkoper kunnen maken, zullen ze zichzelf in de toekomst moeilijke vragen moeten stellen als ze willen blijven deelnemen aan baanbrekende ruimteverkenning.
Yang Gao heeft financiering ontvangen van UKRI, UKSA en ESA.
