Mars Sample Return

.. Und das Ganze bei einer sehr dünnen Atmosphäre, die keine vernünftige Grenze hat, sondern allmählich ins Vakuum übergeht. ..

Klingt etwas merkwürdig - alle mir bekannten Atmosphären "gehen allmählich ins Vakuum über" (nach aussen/oben), und zwar stetig ohne Sprünge. "Vernünftige Grenzen" (von-Kármán ? Tropopause ?) sind willkürliche Setzungen in Zonen, in denen sich bestimmte Trends (zB Temperaturgradienten) ändern, auch das stetig.

Da hast Du natürlich recht. Aber während Du bei der Erdatmosphäre bei 150 km eine relativ klare Grenze für die praktisch machbare Raumfahrt im Sinne von Very Low Earth Orbit hast (die Kármán-Linie ist anders definiert), hast Du bei der Marsatmosphäre, eben weil sie dünner ist, einen geringer ausgeprägten Übergang. Dort ist zum Beispiel ein Atmosphäreneinfang schwieriger. Die Sowjetunion hat das 1968/1969 mit Zond 6 und Zond 7 bei Landungen auf der Erde durchgeführt. Die Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie hat das für Tianwen-3 angedacht, dann aber als zu riskant verworfen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Tianwen-3#Geplanter_Missionsablauf

Wenn Du die Amerikaner überzeugen willst, dann muss so was kommen:

Wir entscheiden uns dafür, zum Mars zu fliegen ... Wir entscheiden uns, in diesem Jahrzehnt zum Mars zu fliegen und die anderen Dinge zu tun, nicht weil sie einfach sind, sondern weil sie schwierig sind; denn dieses Ziel wird dazu dienen, das Beste aus unseren Energien und Fähigkeiten zu organisieren und zu messen, weil diese Herausforderung eine ist, die wir bereit sind anzunehmen, eine, die wir nicht aufschieben wollen, und eine, die wir gewinnen wollen, und die anderen auch.

JFK, modifiziert

Genau so ist es.

Es steht kein richtiger Wille dahinter, daß das schnell und bündig über die Bühne geht.

Es ist nichts Wirkliches dabei zu gewinnen. Weder finanziell an Dollars (je länger es dauert, desto mehr ist dabei zu verdienen!) noch an Macht oder großem Prestige. Es steht weder ein Präsident voll dahinter noch der Wille einer großen Vereinigung von Politikern.
Der NASA sind die Hände gebunden, die paar Wissenschaftler haben keine allzu große Lobby, die Politiker andere Sorgen und der breiten Bevölkerung ist es eh total egal.
Und das erstreckt sich nahezu auf die gesamte Raumfahrt.

Zitat von: alepu am 20. April 2024, 20:56:28

Es geht hier nicht speziell um den Nachweis von Leben!
Eher schon um den Nachweis, daß da früher durchaus mal die Bedingungen für die Entwicklung von Leben bestanden haben.
Das ist hauptsächlich interessant für Geologen u.ä.

Doch, geht es. Dass es früher Bedingungen für Leben gab, das kann man heute schon mit relativer Sicherheit sagen. Sollte aber Leben, unabhängig von unserem entstanden sein, dann würde das unseren Blick auf das Universum extrem beeinflussen. Man stell sich vor, man findet Leben auf dem Mars, dann kann man fast davon ausgehen, dass das Universum voll von Biologie ist.

Natürlich wäre es eine Sensation ausserirdisches Leben zu entdecken, auf dem Mars oder anderswo!
Aber der wirkliche Sinn dieser MSR-Mission ist auch nach ernsthaften Aussagen der NASA ein anderer. Wie u.a. auch Regnart und Lumpi so richtig schreiben, ist Perseverance gar nicht wirklich dafür ausgerüstet.

Es gibt doch einen der sagt, dass er zum Mars will und gerade eine riesige Infrastruktur schafft, mit der das alles verwirklicht werden soll…🤔

Die USA sind ein reiches Land. Aber wenn eine demokratisch gewählte Regierung gestützt auf zahllose Meinungsumfragen zu dem Schluss kommt, dass es wichtiger ist, islamistisch-kommunistische Bedrohungen abzuwehren, als ein paar Kilogramm Gestein von einem fremden Planeten herbeizuschaffen, dann muss man das respektieren. Wir Foristen werden daran nichts ändern

Volle Zustimmung.

Robert Zubrin hat in "SpaceNews" ein radikal verschlanktes Konzept für Mars Sample Return vorgeschlagen:
- Landung mit SkyCrane-Konzept inkl. leichtem Fetch-Rover und 2-stufigem MAV (Mars Ascent Vehicle)
- MAV besorgt nicht nur den Aufstieg in die Marsumlaufbahn, sondern auch den Einschuss in die Trajektorie zurück zur Erde (kein Umladen im Orbit)
Abschätzung: 5 kg Proben werden geholt; benötigen 477 kg Treibstoff für das MAV.
In einer zweiten Variante wird nur der Wasserstoff (78 kg) für die Methan-Komponente des Treibstoffs von der Erde mitgebracht; vor Ort wird aus dem CO₂ des Mars der benötigte Sauerstoff bzw das CH₄ hergestellt: Damit wären 25 kg Proben rückholbar.
Interessanter Ansatz.

https://spacenews.com/practical-approach-mars-sample-return-mission/

Es scheint so ein Reflex der US-Raumfahrt zu sein, seinen Partnern die Schuld zu geben wenn man seinen Kram selbst nicht hinbekommt.
Ganz abgesehen davon: Ein komplett anderes MAV Design vorzuschlagen, dass von Grund auf neu entwickelt werden muss, zeugt für mich von einem mangelnden Verständnis des IRB Reports.

Mal so ein paar Zitate:

A delay of SRL past the 2030 launch period greatly reduces the likelihood of mission success using the present
architecture because of the aging Perseverance rover and the surface mission timeline challenges.

The mindset should be simplicity in design, taking advantage of heritage design and approaches,
examining mission classification specific to each project element, and execution of a robust cross-cutting
V&V program.

Accept ESA’s ability to successfully accomplish ERO, recognizing ERO’s importance to ESA and its goals in
Mars exploration.

(Wow, an einigen Stellen in dem Report wird eine gewisse Arroganz gegenüber ESA angedeutet, aber das ist wirklich sehr deutlich)

Unabhängig vom Zubrin-Vorschlag ein weiteres Zitat, dass ich besonders erschreckend finde

For example, SRL, MAV, and CCRS are not presently subject to a review process that meets the
standards that are expected of a Class A mission of this magnitude and complexity

(interessant, dass ausgerechnet der ESA-geführte ERO in der Auflistung fehlt)

Insgesamt sehr empfehlenswert, sich mal den Report selbst durchzulesen, nicht nur die Berichterstattung darüber:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/09/msr-irb-report-final-copy-v3.pdf?emrc=6642391bab1f1

M.Khan berichtet in seinem Blog "Go for launch" über den ersten Industrie-Vorschlag (von Boeing) für ein Redesign der MSR-Mission:
massives Landeelement (25 Tonnen; mit aufblasbarem Decelerator zum Abbremsen in der Marsatmosphäre); zweistufiges MAV (11,5 Tonnen) zum Aufstieg in Marsumlaufbahn und anschliessenden Einschuss in Trajektorie zur Erde (wie bei Zubrin). Start auf SLS (!).
Kein Earth Return Orbiter mehr (und damit keine ESA-Beteiligung)

https://scilogs.spektrum.de/go-for-launch/msr-vorschlag-von-boeing/

Will Boeing das SLS für lau starten? Ansonsten sind wir doch auch gleich wieder bei 10 Mrd. Dollar.

M. Khan in seinem Blogbeitrag :
"Für den Start schlägt Boeing den Einsatz der Großrakete SLS vor. Diese ist zwar mit Startkosten von mindestens 2 Milliarden $ sehr teuer, Boeing erhofft sich aber, dass diese Kosten durch die Einsparungen des vereinfachten Konzepts mehr als ausgeglichen würden. Zudem wäre hier auch nur ein einziger Start erforderlich."
Startkosten sind das, was für einen Start verlangt wird. Ob das auch (entwicklungs-)kostenmässig stimmig ist, bleibt aussen vor.
(Wikipedia sagt dazu , unter "SLS" :
Cost per launch     Over US$2 billion excluding development (estimate) )

NASA vergibt jetzt sieben Industriestudien, die über 90 Tage (!) laufen sollen, zu alternativen, schnelleren und preisgünstigeren Varianten von Mars Sample Return-Konzepten. Die beteiligten Firmen sind:
 Lockheed-Martin , Space X (mit Starship), Aerojet Rocketdyne, Blue Origin, Quantum Space, Northrop Grumman, Whittinghill Aerospace
Alles wohlbekannte Namen, mit voraussichtlich wohlbekannten Ergebnissen ..

https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-exploring-alternative-mars-sample-return-methods

Die Studien sollen Mitte Juli beginnen, nach 45 Tagen gibt es einen Zwischenreport. Allerdings wird man sich wahrscheinlich erst Anfang 2025 entscheiden, ob und wenn ja, wie die Mission dadurch abgeaendert werden soll.

Aerojet, Northrop und Whittinghill stellen sich wohl eine Verbesserung des Mars Ascent Vehicle (MAV) vor. Hier gab es ja in der Vergangenheit z.B. schon Ideen, ob man mit einem besseren MAV vielleicht den Return-Orbiter einsparen kann.

SpaceX wird verstaendlicherweise sein Starship mit ins Spiel bringen. Blue Origin wird wahrscheinlich eine abgewandelte Version seines Mondlanders vorschlagen.
Was Lockheed-Martin und Quantum Space vorschlagen werden laesst sich aus den Titeln ihrer Studien nicht erkennen. Wobei Quantum Space eine Recht neue Firma ist, die sich auf Zugbringer im All konzentriert. Hier koennte also eine Alternative fuer die Orbiter vorgeschlagen werden.

https://spacenews.com/nasa-selects-seven-companies-for-msr-studies/

Es ist sicher eine gute Idee jetzt die Industrie zu beteiligen und auf Komponenten zurück zu greifen, die in abgewandelter Form bereits in Bau sind, und/oder relativ kostengünstig und schnell bereitgestellt werden können.
Wenn diesem Projekt aber Erfolg beschieden sein soll, müssen sie auf jeden Fall die Fehler vermeiden, die sie z.B. beim Artemisprogramm (SLS, Kapsel, Lander, Raumanzüge) und dem Starliner gemacht haben, sonst wird es auch nicht viel billiger und geht auch nicht schneller.

Für Technikinteressierte: hier ein Fachartikel zur Entwicklung des Kamerasystems für MSR, das die Übergabe der Orbiting Samples an den Earth Return Orbiter ermöglichen und überwachen soll, nachdem das Mars Ascent Vehicle die Samples in der Marsumlaufbahn abgeliefert hat: zwei Kameras und zwei "Scheinwerfer", die die Szene ausleuchten sollen.
"Vision System for the Mars Sample Return Capture Containment and Return System (CCRS)"
https://www.mdpi.com/2226-4310/11/6/456
Sicher nur ein kleiner Teilaspekt, aber missionskritisch - und deshalb recht aufwändig in der Entwicklung ..
(Hinweis gefunden auf unmannedspaceflight)

Der Earth Return Orbiter (ERO) als europäischer Beitrag zu Mars Sample Return hat am 5. Juli 2024 sein P-CDR (Platform Critical Design Review) bestanden
https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Europe_s_Earth_Return_Orbiter_reaches_design_maturity
Diese Aussage hat einige Beobachter doch recht befremdet, da die gesamte Architektur von Mars Sample Return in den USA derzeit in Frage gestellt und überprüft wird und es durchaus nicht sicher ist, ob der ERO zukünftig überhaupt noch Bestandteil des Konzepts von Mars Sample Return sein wird
"Somewhat tone-deaf release from ESA considering the whole mission is in real jeopardy of being scrapped or massively retooled" - Mike Caplinger heute auf UMSF
"Die ESA stellt sich etwas taub, wenn man bedenkt, dass die gesamte Mission in Gefahr ist, gestrichen oder massiv umgestaltet zu werden"

Der europäische Earth Return Orbiter verändert möglicherweise seine Rolle:
„Als Teil einer aktuellen Missionsneudefinition im Rahmen des Projekts „Mars Sample Return - Earth Return Orbiter Spacecraft“ („MSR-ERO“) laden Airbus Defence and Space und die ESA Sie ein, Ihr bestes Angebot für das Mechanismenpaket der Get and Release Unit (GRU)-Nutzlast einzureichen. Die Aufgabe der GRU-Nutzlast besteht darin, das Orbiting Sample (OS), das die Marsbodenproben enthält, in einer niedrigen Marsumlaufbahn einzufangen und es auf einer stabilen cislunaren Umlaufbahn freizusetzen, damit es schließlich von einer NASA-Mission eingefangen und zur Erde zurückgebracht werden kann. [...] Das GRU-Mechanismenpaket besteht aus 2 Mechanismen, die im GRU-Design enthalten sind:
   - Ein Türmechanismus, der die Außentür der GRU-Nutzlast öffnet und schließt
   - Ein Auswurfmechanismus, der das Orbiting Sample aus der GRU-Nutzlast herausschiebt."

("As part of a current mission redefinition in the frame of the project “Mars Sample Return - Earth Return Orbiter Spacecraft” (“MSR-ERO”), Airbus Defence and Space SAS and ESA will be pleased to invite you to submit your best proposal for the Mechanisms Package of the Get and Release Unit (GRU) payload. The mission of the GRU payload is to capture the Orbiting Sample (OS) containing the Mars soil samples in low Mars orbit and release it on a stable cis Lunar orbit for final capture and return to Earth by a NASA mission. [...] The GRU Mechanisms package is a set of 2 mechanisms included in the GRU design: · A Door mechanism opening and closing the external door of the GRU payload · An Ejection mechanism pushing the OS outside of the GRU payload")

gefunden bei UMSF

Bitte nicht!
Das wird ja immer komplizierter!

Wir machen das dann irgendwann wie bei Griffin … wir fliegen einen Massendummy vom Mars zurück zur Erde …

David Southwood, von 2001 bis 2011  Director of Science and Robotic Exploration der ESA, hat in einem Beitrag in Science die Situation von Mars Sample Return analysiert:

"Go/no-go for a Mars samples return"

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr7337

Interessanter Artikel, der den Grund für die Kostenexplosion darin sieht, dass man sich zu Beginn auf allen Seiten (Wissenschaft, Industrie, Agentur, Politik) zu optimistisch gezeigt hat und der tatsächliche Aufwand erst mit der Umsetzung klar wird.

ME. steht das aber in einem gewissen Widerspruch zu der Beschreibung, dass man sich mit dem Thema Marsproben schon seit der Zeit nach der Apollo-Landung beschäftigt.

Er beschreibt die Unterschiede zwischen NASA und ESA darin, dass die ESA vorteilhafterweise ein 3-Jahres-Budget hat und die NASA jedes Jahr Geld auftreiben muß, dagegen die ESA beschlossene Projekte nicht so schnell stoppen kann.
(Vermutlich wird deswegen der ERO weiterentwickelt und erst ende nächsten Jahres gestoppt.)

Lösungsansätze werden aber auch (noch) nicht aufgezeigt.

..  Lösungsansätze werden aber auch (noch) nicht aufgezeigt.

Southwood zieht in dem Artikel den Schluss, dass es letztendlich nur die Alternative gibt, entweder eine kostenreduzierte "schnelle" Mission mit reduziertem wissenschaftlichen Ergebnis zu fahren oder das volle Programm, wie von den Decadal Surveys für gut befunden wurde, mit der entsprechenden finanziellen Ausstattung. Die Traumvorstellung (das volle Programm für das halbe Geld in der halben Zeit) ist genau das - eine Traumvorstellung.

Hier noch als Ergänzung drei Abbildungen zu MSR, wie das Orbiting Sample bzw seine Einfangvorrichtung auf dem ERO aussehen könnte:

- Orbiting Sample (OS) -
 enthält die zugeschraubten Probenröhrchen von der Marsoberfläche



- Einfangvorrichtung/"Trichter"
 lenkt das OS an die Koppelstelle



 - Koppelmechanismus mit Transfer zur Earth-Reentry-Kapsel
   (oder ggf auch Wiederausstossen in cislunare Bahn..)



   Quelle: https://www.mdpi.com/2226-4310/11/6/456

Das mit dem Mondorbit soll wohl beabsichtigen, dass man keine Wiedereintrittskapsel transportieren muß und damit Masse beim ERO einsparen kann.

Vorschläge der Industrie beinhalten, dass die Mars-Aufstiegsrakete (MAV) kleine ausfallen sollte oder das die Elemente der Mission reduziert wird (Lockheed Martin) bis hin zum Boeing-Vorschlag, eine SLS-Rakete zu nehmen und MAV direkt zur Erde zu schicken (ohne ERO).

https://spacenews.com/companies-describe-studies-to-revise-mars-sample-return/

Um die Bedeutung von Mars Sample Return mal in einen anderen Kontext zu stellen:
es sind bisher auf der Erde etwa 200 Meteoriten gefunden und identifiziert worden, die bei Einschlägen auf dem Mars freigesetzt wurden, bei 6 von ihnen ist es sogar gelungen, den jeweiligen Einschlagkrater (und damit den genauen Herkunftsort) festzulegen:

https://www.newscientist.com/article/2444244-strange-meteorites-have-been-traced-to-their-source-craters-on-mars/
https://www.newscientist.com/article/2327959-meteorite-from-mars-traced-to-crater-where-it-was-ejected-by-impact/

Damit haben wir bereits Mars-Proben frei Haus geliefert bekommen, die wir hier auf der Erde mit allen heute verfügbaren wissenschaftlichen Labormethoden untersuchen können; wir sind also gut beschäftigt, bis weitere Proben per Mars Sample Return irgendwann verfügbar sein werden.