Mars Sample Return

Die Frage ist auch immer: auf was zielt man ab? Was will man (primär) messen, bestimmen und suchen?

Und da betrachte ich nur die Suche nach Leben und ignoriere die ganzen interessanten Geologischen Analysen..

- Versteinerte Hinweise auf Leben werden praktisch nicht durch ein paar Jahre Strahlungsaussetzung geschädigt
- es kommt durch strahlung zu chemischen Veränderungen, aber nicht so massiv dass größere chemische Spuren (stoffwechselprodukte ect) vernichtet werden.
- wenn man nur auf eine Handvoll konkrete Spuren (<20 Bakterien etc.) ODER auf konkret noch lebende Spuren abzielt, ja dann kann Strahlung diese konkreten Spuren vernichten.
[..]

Die Frage ist auch, was soll innerhalb der Röhrchen passieren, was nicht schon auf dem Mars über Jahrtausende / Millionen passiert ist?
Die kosmische Strahlung prasselt ja ständig und ungehindert auf den Marsboden ein. Einzig die Tiefe könnte einen Einfluss haben - bei aggressiver kosmischer Strahlung macht das aber wenig Unterschied.

Die Röhrchen sollen schließlich von Robotergreifern gepackt werden, da nimmt man besser kein Filmbüchsenblech oder Handyschalenblech oder sowas.

Da ist was dran und das wäre wünschenswert.

Einzig die Tiefe könnte einen Einfluss haben

Naja ist halt 'ne Frage der Bohrtiefe. Ich schätze ja, bis man störfrei und tief bohren kann, von Mißerfolgen unabhängig - sind Menschen vor Ort. Mit genug Auswerte Equipment. Die werden zuerst nach Wasser suchen und was da so nebenbei nach oben kommt, gerne den Biologen geben.

So wie Sensei sagt, daß man eventuell versteinerte Lebensspuren findet, die ja nicht geschädigt werden, das wär freilich die Krönung.

Ich will meinen Mars Trilobiten

Damit ists von mir aus genug...

Naja daß man für die Röhrchen das Beste vom Besten nimmt, denk ich ja auch. Mich würde nur die Wechselwirkung mit Strahlung interessieren.

Strahlendosen die einen nennenswerten Einfluss auf dieses Material haben könnten treten bei der Mission kaum auf. Theoretisch könnte es freilich in sehr geringem Umfang zu radiochemisch induzierten Wechselwirkungen zwischen dem Gas in den Röhrchen und der Innenwand kommen, die Probe könnte letztendlich in sehr geringem Umfang mit Titan und Stickstoff kontaminiert werden. Angesichts von 2,7% Stickstoff in der Marsatmosphäre ist die Kontamination durch Stickstoff auf diesem Weg sicher nicht relevant, die Kontamination durch Titan wohl ebenfalls nicht weil Titan in vergleichsweise größeren Mengen ein häufiger Bestandteil von Marsgestein sein dürfte.

Abgesehen davon stellt sich noch die Frage ob die Wand der Röhrchen eine nennenswerte Abschirmwirkung aufweist und die Proben vor dem Einfluss durch kosmische Strahlung schützen kann. Grundsätzlich sollte die Wand der Röhrchen einen Großteil der geladenen Teilchen in der Kosmischen Strahlung absorbieren können, nur einen kleinen Teil der besonders energiereichen Teilchen nicht. Sekundärstrahlung wie Röntgen- Gamma und Neutronenstrahlung kann sie wohl kaum in relevantem Umfang absorbieren. Allerdings dürfte die Strahlendosis nur einen unwesentlichen Einfluss auf die Proben haben, die Dosisleistung ist zwar sicherlich um ein Mehrfaches höher als auf der Marsoberfläche (wenn das Transportvehikel keine weitere Abschirmung beinhaltet) aber die Gesamtdosis welcher die Proben ausgesetzt werden entspricht wohl doch nur der Dosis während einigen Jahren auf der Marsoberfläche- dort liegt das Material aber wohl schon Jahrtausende oder Jahrmillionen herum.

Am problematischsten im Zusammenhang mit einer möglichen Veränderung der Proben im Zeitraum zwischen dem Aufsammeln und der Ankunft in einem terrestrischen Labor ist meiner Ansicht nach vermutlich die Temperatur welcher die Proben beim Transport ausgesetzt werden könnten, vor allem auf enthaltenes Wasser und organische Moleküle kann das offensichtlich einen großen Einfluss haben. Es ist wohl nur sehr schwer möglich zu verhindern das die Proben hier Temperaturen ausgesetzt werden welche deutlich höher sind als die Temperaturen im- oder auf dem Marsboden.

Die NASA beauftragt eine unabhängige Kommission (IRB  Independent Review Board), die das Konzept von NASA und ESA überprüfen soll, um den Erfolg der Mission zu gewährleisten.

Man will Verbesserungen im Konzept erreichen. Man fürchtet Budget- und Zeitplanüberschreitungen und will dafür sorgen, dass es auch bezahlbar bleibt. Ein Budget für MSR gibt es noch nicht.

https://spacepolicyonline.com/news/nasa-establishes-independent-review-board-for-mars-sample-return/

Vielleicht könnte ja die ESA weitere Teile der Mission übernehmen? Ein Hauptproblem für die Nasa ist ja, dass die nächsten Jahre viele teure Missionen anstehen:

"Congress historically is a strong supporter of NASA’s science programs, but how a Mars Sample Return mission can fit into NASA’s budget between now and 2026 is a tall order. The agency already is under a White House directive to return astronauts to the Moon by 2024, U.S. policy to continue operations of the International Space Station at least until 2024 (likely to be extended to 2028 or 2030), and a congressional requirement to send two probes to Jupiter’s moon Europa in 2025 and 2027 (both flagship missions)"

Wenn sich die Amerikaner z.B. auf den Lander (da haben sie einfach das meiste Know-How und die Chancen für eine erfolgreiche Landung steigen) beschränken würden und Rover + Startrakete + Orbiter inkl. Probenbehälter komplett von der ESA übernommen würden, wäre das sicher eine Entlastung und eine tolle Aufgabe für die europäische Raumfahrt.

Dann müsste halt die EU auf die 0,72% von dem 1800 Milliarden Budget noch bisschen was drauf legen - sollten wir uns leisten können 

Die ESA hat Airbus mit dem Bau des Earth Return Orbiters betraut, wie diese auf dem IAC bekannt gab 

Airbus Defence and Space received an ESA contract to build the Earth Return Orbiter, the last of three missions in the overall NASA-ESA Mars Sample Return program. The orbiter, launching in 2026, will go into orbit around Mars and collect a sample canister launched into orbit by a NASA-developed lander also launching in 2026. The orbiter will then return the samples to Earth, arriving in 2031. [...]The contract for the orbiter is valued at 491 million euros.

Das Auftragsvolumen beträgt demnach 491 Mio Euro, Start soll 2026 sein.
Quelle: SpaceNews

Die unabhängige Kommission hat ihren Bericht vorgelegt und gibt 44 Empfehlungen.

Sie hält die Mission-Architektur für hochkomplex und meint, dass das geplante Budget in den Jahren 22-24 zu gering ist, um den Start 2026 zu bewerkstelligen. Es sollte auf 2028 umgeplant werden und mehr Geld zur Verfügung gestellt werden (4,4 Mrd statt der 3 Mrd.).

https://www.nasa.gov/press-release/independent-review-indicates-nasa-prepared-for-mars-sample-return-campaign

Ich wüßte ja, wo man die lappschen 4,4 Mrd herkriegt, aber ich darf Euch das nicht sagen 

Hier mal ein Bild zum geplanten europäischen SampleReturn-Orbiter:


   Bild: Airbus

Auffallend die Solarpaneele ( 2 x 10 Stück), die in drei verschiedene Richtungen ausklappen müssen; zum Vergleich: JUICE wird 2 x 5 Paneele (@ 3,5 m x 2,5 m) haben ...

https://spacenews.com/nasa-moves-mars-sample-return-program-into-next-phase-of-development/

Der Aufwand für den europäischen Anteil wird dabei mit 1,5 Mrd € angesetzt.

Verglichen mit anderen Wissenschaftsorbiter am Mars sind die wahrlich riesig. Woher kommt der elektrische Leistungsbedarf? Soll der Orbiter elektisch angetrieben werden? Im Artikel habe ich dazu nichts gefunden.

Es gibt auch Abbildungen mit weniger Panels. Obwohl ja Aufträge schon vergeben wurden, ist wenig über die Technik bekannt.
Elektrisch und chemischer Antrieb sind geplant, aber in welchem Maße ist unklar.

Airbus strukturiert den Earth Return Orbiter so:
http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ESTEC/MarsSampleReturn-EROv2-202007.pdf

.. Woher kommt der elektrische Leistungsbedarf? Soll der Orbiter elektisch angetrieben werden? ..

In dem emits-Dokument (danke,@tomtom) steht, dass der Orbiter 4 Ionentriebwerke besitzen soll und ein dementsprechend leistungsfähiges solarelektrisches System braucht: "The  mission  is  feasible  thanks  to  the  usage  of  the  Plasma  Propulsion  System  based  on  the  RIT-2x thrusters  from  ArianeGroup.  Large  Solar  Arrays  and  high  power  electrical  system provides  the necessary power to use these thrusters during the whole mission and especially when in Mars orbit. " - Das Einbremsen in die Marsumlaufbahn soll übrigens mit einem chemischen Triebwerksmodul erfolgen, das dann abgeworfen wird.

Das Antriebskonzept macht sicher Sinn den ohne elektrisch Triebwerke bekommt man den deltaV Bedarf niemals hin.

@aasgeir, guter Hinweis. Der Einsatz von RIT-2x Thrustern macht mich sofort zum Fan dieser Mission. Die sollen im Bereich von 5kW-Antrieben liegen.

Information der ArianeGroup:
https://www.space-propulsion.com/spacecraft-propulsion/propulsion-systems/electric-propulsion/index.html

Weiß grade nicht, ob die schon irgendwo zum Einsatz gekommen sind.

Nachtrag zum Leistungsbedarf der Ionentriebwerke:
die auffallenden Sonnenzellen-Ausleger (2 x 10 Paneele) dürften so 60 kW bei 1 AU (BoL) produzieren können, also noch etwa 25 kW in Marsentfernung - ausreichend (mit Sicherheitsmargin) für die vier 5 kW RIT-2X-Triebwerke

@aasgeir, guter Hinweis. Der Einsatz von RIT-2x Thrustern macht mich sofort zum Fan dieser Mission. Die sollen im Bereich von 5kW-Antrieben liegen.

Information der ArianeGroup:
https://www.space-propulsion.com/spacecraft-propulsion/propulsion-systems/electric-propulsion/index.html

Weiß grade nicht, ob die schon irgendwo zum Einsatz gekommen sind.

Sind Folgeentwicklungen/Vergrößerungen von Typen, die z.B. im ESA-Comsat Artemis und bei Bepi Colombo verbaut wurden.

Ich stelle hier mal ein paar Zitate und Quellen zum RIT 2X ein:

ArianeGroup 13. Juli 2017:
"Boeing und der Bereich Orbitale Antriebssysteme der ArianeGroup entwickeln gemeinsam ein Ionenantriebssystem der nächsten Generation, welches auf dem Dual-Mode Radiofrequenz Ionentriebwerk (RIT) 2X basiert. Die Entwicklung wird von Deutschland über das DLR Raumfahrtmanagement und von Spanien über die nationale Weltraumagentur CDTI im Rahmen entsprechender Beiträge zum ESA-Programm ARTES sowie aus dem Deutschen Nationalen Raumfahrtprogramm unterstützt."

https://www.ariane.group/de/neuigkeiten/arianegroup-erhalt-von-boeing-ersten-produktionsauftrag-zur-ausstattung-kunftiger-satelliten-mit-elektrischen-antriebssystemen-der-neuen-generation/
"Das RIT 2X Subsystem besteht aus dem eigentlichen Triebwerk, einer hocheffizienten Leistungselektronik, sowie einem Radiofrequenz-Generator. Das Subsystem hat den Meilenstein für das „Preliminary Design Review“ (PDR) Mitte 2016 erfolgreich bestanden und ist nun auf dem Weg zur Finalisierung des „Critical Design Review“ (CDR)."

The RIT 2X propulsion system:current development status
http://electricrocket.org/IEPC/IEPC_2017_505.pdf :
"RIT  2X .. thruster is an enlarged version of the well tested RIT 22 and RIT 2X (24)."

AAS 19-345
HYBRID CHEMICAL-ELECTRIC TRAJECTORIES FOR A MARSSAMPLE RETURN ORBITER
2018
https://trs.jpl.nasa.gov/bitstream/handle/2014/50381/CL%2319-0151.pdf?sequence=1&isAllowed=y :
"A primary opportunity launching in 2026 and returning the sample to Earth in 2031 was identified using three RIT 2X thrusters at 28 kW."
Ein anvisierter Start 2026 mit einer erwarteten Rückankunft zur Erde 2031 ist beim Einsatz von drei RIT 2X  Triebwerken mit einer Gesamtleistung vom 28 kW realisierbar.   

The 36th International Electric Propulsion Conference, University of Vienna, Austria September 15-20, 2019 1 The Ariane Group Electric Propulsion Program 2019-2020
http://electricrocket.org/2019/592.pdf :
"RIT 2X is a multi-mode ion thruster in the 5kW power class serving orbit transfer (F~200mN; Is~2,500s), north-south station keeping (80-120mN; Is ~ 3,500s) and classic high thrust high specific impulse operation (F  >  150mN; Is > 3,500s). The RIT 2X system qualification started in December 2017 and it is under completion"

"This year, another important test campaign is under conductance, targeting the operational envelope of Mars Sample Return. For this application, the engine has already demonstrated capabilit  to process more than 7,5kW electric input power. "

"Ariane Group faced this challenge and the result is the new RIT 2X thruster with its new and unique 2,500s high efficiency mode for high thrust maneuvers."

"Since  December 2017, the RIT 2X system qualification program is running. To squeeze the qualification  ArianeGroup works in parallel with two qualification models QM1 and QM2. QM1 undergoes the is lifetime  qualification whereas QM2 is used for advanced system tests as proof of the electro-magnetic compatibility and  correct coupling with the power processing unit. All environmental tests have been successfully passed: Vibration, shock and thermal vacuum cycling. To date, in the endurance test QM1 has been successful accumulated more than 3,500 hours..."

"...ArianeGroup conducts a Technology Demonstration Activity (TDA), initiated by ESA for the potential NASA/ESA  mission "Mars Sample Return".  In this context thruster operation with 7.5kW.has been demonstrated. "

https://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-15925/25795_read-66298/ :
"...RIT2x Lifetime Test führt das DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen einen Lebensdauertest an einem Radiofrequenz-Ionentriebwerk vom Typ RIT2x von ArianeGroup Lampoldshausen durch. Der Test wird in der Simulationsanlage Treibstrahlen für elektrische Triebwerke des DLR Göttingen durchgeführt. Das DLR ist in diesem Projekt seit 2017 Partner stellt die Testanlage zur Verfügung..."

Gruß   Pirx

Nachtrag - noch zwei interessante Dokumente:
http://electricrocket.org/2019/927.pdf
http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ESTEC/MarsSampleReturn-EROv2-202007.pdf

Laienfrage :

Es irritiert mich ein wenig, daß besonders auch der Radio ! Frequenzgenerator erwähnt wird. Sind es nur Radiofrequenzen, also keine wesentlich höheren Frequenzen, wo das möglich ist ?
Gibt es also nur Radiofrequenzen, die per einer günstig liegenden Resonanz bestimme Zustände bei dem gewählten Gas anregen, wo Elektronen aus der Hülle geschlagen werden (können) ?

Oder (provokativ) schickt man gleich die Radiowellen raus ohne den Wirkungsgrad zehrenden Umweg über Ionen? Motto Dualismus Welle Teilchen ?

Die Erwähnung eines Inputs ist für mich wenig beeindruckend. Reinschicken kann man viel in eine Apparatur. Aber es nützt ja nix, wenn man auf dem Triebwerk Kaffee kochen kann, entscheidend ist der Wirkungsgrad und der Durchsatz und die Lebensdauer bei Vollast.

Stichwort: Stützmasse. Bitte im Forum mal nach Themen wie Ionenantrieb oder Elektrische Antriebe suchen. Die Besprechung der Funktionsweise ist dort sicher besser aufgehoben.

Pirx

Verglichen mit anderen Wissenschaftsorbiter am Mars sind die wahrlich riesig. Woher kommt der elektrische Leistungsbedarf? Soll der Orbiter elektisch angetrieben werden? Im Artikel habe ich dazu nichts gefunden.

Im wesentlichen also elektrisch für die gesamte Missionsdauer, aber abtrennbares, chemisches Antriebsmodul (Orbit Insertion Module - OIM) zum Einbremsen in einen Marsorbit an Bord.

Fläche der Solarzellenausleger laut Airbus
https://www.airbus.com/newsroom/press-releases/en/2020/10/airbus-to-bring-first-mars-samples-to-earth-esa-contract-award.html#media-list-image-image-all_ml_0-2
144 Quadratmeter.

Gruß   Pirx

Jetzt wäre noch das Gewicht die Masse dieser doch recht großen Solarausleger interessant.

Jetzt wäre noch die Masse dieser doch recht großen Solarausleger interessant.

Stand der Technik ist derzeit:  80 bis 100 Watt (@1 AU) pro kg bei ausklappbaren Paneelen;
dh 2 x 330 kg für die beiden Ausleger.
In den kommenden Jahren soll kurzfristig erreichbar sein: 150 W pro kg, was einer Masse von 2 x 200 kg entsprechen würde.

Nützlicher Link hierzu: https://solarsystem.nasa.gov/system/downloadable_items/715_Solar_Power_Tech_Report_FINAL.PDF

Eine Tolle Quelle! (auch wenn noch  auf dem Stand von 2017).

Danke dafür!

"MT Aerospace AG: Tanksysteme für ERO

MT Aerospace AG mit Tanksystemen für europäische Mars-Mission ERO beauftragt. NASA und ESA wollen ein Stück vom Mars zur Erde bringen. Eine Pressemitteilung der OHB SE Bremen."



900l L-XTA Tank.
(Bild: MT Aerospace)

Weiter in der Pressemitteilung von OHB:
https://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/21052021090616.shtml

Viele Grüße
Rücksturz

Unser Portal berichtet per Pressemitteilung von Airbus, dass ein Meilenstein (PDR) in der Entwicklung des Earth Return Orbiters (ERO) erreicht wurde.

https://www.raumfahrer.net/news/?16062021190600.shtml

Anscheinend will man das Startfenster 2026 wirklich einhalten. Die Formulierung, dass man auf bewährte Technik setzt, zb. beim Ionenantrieb und dessen Erfahrungen bei Telekomsatelliten läßt mich daran allerdings zweifeln. Ich bin gespannt.

Anscheinend will man das Startfenster 2026 wirklich einhalten. Die Formulierung, dass man auf bewährte Technik setzt, zb. beim Ionenantrieb und dessen Erfahrungen bei Telekomsatelliten läßt mich daran allerdings zweifeln. Ich bin gespannt.

Was den Ionenantrieb angeht, dürfte das so schon stimmen. Die RIT - 2X Triebwerke werden seit Jahren in unterschiedlichsten Leistungsklassen vorwiegend in Satelliten verbaut. Soweit ich weiß, soll für den ERO die stärkste Variante (> 5 kW) dieses Triebwerks verwendet werden (4 Stück).

https://www.ariane.group/de/ausruestungen-services/satelliten-und-raumfahrzeuge/rit-2x-series/

Dass man sich allerdings auf die "Erfahrung" mit JUICE beruft, finde ich auch etwas seltsam. Das Ding steht ja noch am Boden.