Mars Sample Return

Hallo, wollte mir schon lange mal die Grundlagen für die Berechnung einer Sample Return Mission zusammenstoppeln.

Habe es aber nie geschafft, hoffe ihr könntet mir da weiterhelfen...


Nehmen wir eine In-Situ-Mission an, die Methan hat und flüssigen Sauerstoff aus der Mars Atmosphäre nimmt, und im LEO startet.

20kg 'Systeme In situ', reservieren wir 10kg für Solarzellen... Verkleidung 5kg(?) Computer 5 kg(?) Antenne (braucht man die unbedingt?) Tanks?
Wie kommt das Gestein in den Behälter?
Und müsste man sie zweistufig auslegen??

Und wie komt man mit dieser Masse in den Orbit? Wieviel Treibstoff bräuchte man ca. dazu bei angenommen +20% Treibstoff für Luftwiederstand und Aufstieg?


Mfg

Moin

flüssiger Sauerstoff aus Marsatmosphäre geht nicht, weil der nicht vorhanden ist. Man bräuchte eine Anlage, die aus CO2 Sauerstoff gewinnt - die hätte auch noch eine gewisse Masse und einen hohen Energieverbrauch, aber frag mich nicht nach genauen Zahlen

mfg websquid

Da würde es große Sonnensegel oder besser gleich einen Kernreaktor erfordern. Leider gehört Kohlendioxid CO₂ ebenso wie Wasser H₂O zu den großen Energiesenken, d.h. sie entstehen bei chemischen Reaktionen, die Energie freisetzen. Will man diese Moleküle auspalten, braucht es erheblich Mengen Energie, denn Energie, die nicht vorhanden ist, kann man aus einer chemsichen Verbindung auch nicht heraus holen..

Ja, das war meine Intention.

Solarpanele, und die erzeugen Treibstoff... Sie könnten auch Monate laufen, und aus CO2 CO+O machen, das ist ja Energiespeicherung, die sich dann als Treibstoff in kurzer Zeit alles auf einmal freisetzt.

Grundlagen ... zusammenstoppeln ... 

Wenn das nur alles so einfach wäre.

Treibstoff auf dem Mars würde ich mittels Sabatier-Reaktoren erzeugen. Die brauchen jedoch "mitgebrachten" Wasserstoff.

Vielleicht hilft etwas Lektüre. Robert Zubrins "Unternehmen Mars" beschreibt sehr "laienfreundlich" sein Mars-Direkt und Mars-Semi-Direkt Programm. Untermalt mit vielen Zahlen könnte es beim "zusammenstoppeln" helfen.

Bin auf das Ergebnis gespannt!

Grüße aus Sachsen

Oh ... runner02 kennt Zubrins Werk ausführlich, denke ich ... .

Nachdem auch mir noch immer der Schock von gestern in den Knochen steckt, versuche ich der Situation auch etwas gutes abzugewinnen.

Wäre nicht gerade jetzt der richtige Zeitpunkt, eine Sample-Return Mission verstärkt zu forcieren. Ich denke, hier sollte massive Lobbyarbeit stattfinden, quasi als Ersatz für die entäuschten Hoffnungen in die bemannte Raumfahrt.

Natürlich habe ich gehofft, dass es tatsächlich in den nächsten Jahren mit großen Schritten in Richtung bemannter marslandung gehen würde. Insofern hatte ich immer gewisse Befürchtungen, eine Rückkehr zum Mond (wir waren schliesslich schon mal da) den nächsten grossen Schritt der Raumfahrt aufhalten würde.

Eine Sample Return Mission wäre zumindes in Schritt in die richtige Richtung und in Richtung Zukunft.

Weiterhin hege ich die leise Hoffnung, es könnten tatsäcjlich Lebensspuren auf dem Mars entdeckt werden - vielleicht sogar aktives Leben.

Würde eine Sample Return Mission solche Spuren entdecken, könnte dies tatsächlich diejenige grosse Entdeckung sein, die der bemannten Raumfahrt (idealerweise nuklearer Schlepper, welcher wiederverwendbar ist) Richtung Mars in der Öffentlichkeit katapultieren würde.

Ich habe das Thema in den Konzeptbereich geholt.

Für eine Mars-Sample-Return-Mission untersucht/empfiehlt der amerikanische National Research Council NRC jetzt eine Aufteilung auf 3 getrennte Missionen, die jeweils eine Etappe erledigen, aber weitgehend unabhängig entwickelt werden können:

• Ein Rover soll aussichtsreiche Proben suchen und sammeln.
• Ein getrennter Lander mit Aufstiegsstufe soll die Proben aufnehmen und in einen Parkorbit tragen.
• Eine Rückkehrmission soll den Orbiter dann aufnehmen und die Kapsel zur Erde beschleunigen.

Die grundlegenden Komponente sahen schon immer so aus. So möchte man den Aufwand über größere Zeiträume verteilen. Wegen der hohen Kosten wäre eine solche Mission nur international durchzuführen.

Quellen: http://www.spaceflightnow.com/news/n1004/29mars/

Aus meiner Sicht steigen durch Streckungen die Gesamtkosten eines Programms, aber die Einzelbudgets der Komponenten sind kleiner und haben damit eine größere Chance überhaupt bewilligt zu werden.

Das dürfte richtig sein, denn schließlich braucht man nicht unbedingt eine mobile Einheit, um Bodenproben zu nehmen (vgl. entsprechende sowjetische Luna-Missionen). Andererseits wäre das Sammeln von Bodenproben und die Übergabe an eine Aufstiegsstufe nur eine von vielen Aufgaben für diesen Rover, so dass man sich die Frage nach dem Verhältnis von Kosten zu Nutzen stellen muss. Nicht vergessen sollten wir, dass natürlich die wissenschaftliche Qualität der Proben durch die Mobilität des Rovers erheblich gesteigert würde.

Interessant finde ich automatische Dockingoperationen im Marsorbit, bei den Signallaufzeiten zur Erde und den Anforderungen an die genaue Kenntnis von Position und Bewegung der Satelliten. Ich denke, da können wir Europäer Technologieimpulse liefern, wobei die Amerikaner auch selbst schon solche Demonstrationen im Orbit gemacht haben, z.B. Orbital Express.

Die Anzeichen für eine Dreiteilung der Architektur werden wohl dichter, aber entschieden ist noch nichts, auch da die Technik noch nicht fertig "ausgearbeitet" ist. Zwischen Start der ersten und der letzten Mission können mehr als 6 Jahre liegen:

http://www.spaceflightnow.com/news/n1007/20sample/


Ein Konkurrent kommt durch die projektierte NASA-ESA-Mission mit 2 Orbitern zum Jupiter, welche auch Ende dieser und Anfang nächster Dekade fertig sein kann/wird. Beide Missionen parallel durchzuführen, ist unmöglich. Jetzt geht es darum die Prioritäten festzulegen.
Aber "zu viel Priorität" will man wohl gar nicht, wenn man sich diese Aussage von Doug McCuistion, (Chef von NASAs Mars-Exploration-Programm) durchliest:

"If they say sample return needs to go first, I don't know what that would mean, but it's going to be difficult to accelerate it earlier than 2020 itself, with 2018 being the collection period."

Wenn sie sagen, dass Sample Return zuerst fliegen soll, weiß ich nicht was das bedeuten würde, aber es wird schwierig (das Programm) auf vor 2020 zu beschleunigen ...

Könnte eigentlich ein Rover (Opportunity, Curiosity,...) mittels seinem Instrumentenarm Bodenproben in ein Mars Ascent Vehicle liefern?

Theoretisch ja, aber es wird schwierig werden, so dicht an einem Rover dran zu landen. Darum wird man wohl einen eigenen Rover mitnehmen, um Proben zu sammeln. Dieser Rover wäre vermutlich mobiler als die MER, da diese einfach zu lange brauchen würden, um die Ascent Stage zu erreichen. (Ein paar 100m Sicherheitsabstand wird man wohl haben wollen bei der Landung).

Außerdem wäre es doch langweilig, in einem schon jahrelang erforschten Bereich zu landen

mfg websquid

Genau das Konzept wir ja für die beiden ExoMars Rover von NASA und ESA angedacht, falls sich daran in der Zwischenzeit nichts verändert hat.

The 2018 mission consists of a European rover with a drilling capability [and] a NASA rover capable of caching selected samples for potential future return to Earth.

Also ESA mit ExoMars Rover als Bohrer und NASA mit Mars Astrobiology Explorer-Cacher - Max-C  zur Probenspeicherung. Und irgendwann in ferner, ferner Zukunft sollen eben jene dann wohl auch noch "abgeholt" werden.


Quelle

Theoretisch ja, aber es wird schwierig werden, so dicht an einem Rover dran zu landen.
(Ein paar 100m Sicherheitsabstand wird man wohl haben wollen bei der Landung).

Naja, ich hätte schon auf ein paar wenige Kilometer getippt...

Muss ja nicht alles sofort sein Und die Rover haben mehrfach bewiesen, dass sie mobil sind.

Hallo Youronas,

das Konzept ist immer noch aktuell und wurde auch Ende September 2010 auf dem EPSC-Kongress in Rom so präsentiert.

ExoMars und MAX-C sollen im Januar 2019 ( abhängig vom genauen Startdatum ganz vielleicht auch noch in den letzten Dezembertagen 2018 ? ) mittels des SkyCrane-Verfahrens an der gleichen Stelle auf der Marsoberfläche landen und anschließend in den ersten Monaten der Mission auch zusammen fahren. ExoMars wird dabei durch ein Bohrsystem Bodenproben aus bis zu zwei Meter Tiefe entnehmen und diese mittels seiner Analyseinstrumente untersuchen. Besonders interessante Proben sollen anschließend an MAX-C "übergeben" werden, wo sie in speziellen Rückführbehältern deponiert werden sollen.

Nach einer gewissen Zeit werden sich die beiden Rover dann trennen und unterschiedliche Wege einschlagen. MAX-C soll dabei eine Stelle auf der Marsoberfläche ansteuern, welche innerhalb des Aktionsradius des Rovers liegt und zudem für eine später startende Sample-Return-Mission erreichbar wäre. Die Mission würde dann die Probenbehälter von MAX-C aufnehmen und die Überführung zur Erde einleiten.

Das Ganze ist allerdings immer noch erst in der Konzept-Phase. Detailliertere Pläne über die Rückführung liegen wohl noch nicht vor. Auch das Datum der eventuellen Rückführung wurde in Rom relativ vage angegeben. Die "Rückführ-Mission" wird demzufolge nicht vor 2020 zum Mars aufbrechen.

Prinzipiell passt das Ganze zu den Plänen, welche Daniel in dem Beitrag #8 angesprochen hat.

Schöne Grüße aus Hamburg - Mirko

Einen 'Vorteil' hat der Mars:

Ich habe mir die Orbitgeschwindigkeit kurz ausgerechnet und bin auf 3,56 km/sek gekommen. Fluchtgeschw. 5,03 km/sek

Im Kopf hatte ich nur mehr 5 km/s  und dachte, das wäre LMO....



Ein Booster kann Ausströmgeschwindigkeiten von bis zu 3100m/sek entwickeln, wäre daher wohl gut geeignet. Auch lagerfähig sind die Dinger.
Auch das Flugprofil wäre mit dem Booster gut zu erfüllen:
etwa 120 km nach oben, der Rest vertikal.
Wenn man es gleich so auslegt, mit dem Booster auf Fluchtgeschwindigkeit zu kommen, müsste das Flugprofil nicht einmal genau eingehalten werden, die Energie, um vom Mars zu entfliehen, kann man sowohl vertikal als auch horizontal einsetzen.
Vollkommen vertikal wäre blödsinn, wegen der großen Verluste. Mit moderater Beschleunigung (3-7 Erd-g) wären die minimierten Verluste noch geringer.

Ich denke, dass man wohl gleich mit dem Booster auf Flucjhtgeschwindigkeit kommen sollte.
Denn extra einen Satelliten in den LMO zu schicke, um den Probenbehälter abzuholen, wäre doch Verschwendung...

Ach ja, und ISRU wie Sauerstoffproduktion wäre bei der ersten Mission wohl eher hinderlich, da sich das eher bei großen Aufstiegsstufen lohnt.
Ich hätte eher eine sehr kleine, und damit eher machbare, Aufsstiegsstufe im Kopf... 200kg gesamt, fast alles Festtreibstoff, 5kg Hydrazin (für 415m/s ΔV) Lageregelung (auf Marsfluchtbahn wird man die eher nicht benötigen, aber u.a. zur Winkelausrichtung beim Aufstieg).

Europa bietet den USA eine Kooperation bei Mars Sample Return an und ist bereit 850 Millionen Euro zu investieren und die USA wollen nicht:
http://www.aviationweek.com/aw/generic/story.jsp?id=news/asd/2011/09/29/09.xml&headline=Mars%20Mission%20Funding%20Fracas%20Spurs%20Anger&channel=space

Der Sinn einer Mars Sample Return Mission scheint mir immer noch zweifelhaft. Man kann eine oder mehrere Proben aus einem Zielgebiet detailliert auf der Erde untersuchen aber für das Geld kann man auch mehrere Rover mit guten Instrumenten hinschicken.

Warte mal - im Artikel steht das so, als wäre das in der Bürokratie stecken blieb? Und dass man das jetzt anfechtet.... (?)

eine Chance??

Der Sinn einer Mars Sample Return Mission scheint mir immer noch zweifelhaft. Man kann eine oder mehrere Proben aus einem Zielgebiet detailliert auf der Erde untersuchen aber für das Geld kann man auch mehrere Rover mit guten Instrumenten hinschicken.

Ich würde argumentieren das man aus eine auf der Erde befindliche Probe auch nach Jahren noch untersuchen kann. Wenn man zu Beispiel neue, bessere Instrumente hat oder glaubt das damals ein Messfehler passiert ist oder jemanden was neues eingefallen ist was man untersuchen könnte. 

Werden nicht immer noch die Mond-Proben der Apollo-Missionen und Luna-Sonden untersucht?  Die russischen Mondrover liefern dagegen keine neuen Ergebnisse mehr.

Plant Russland nicht auch eine ähnliche Mission? Ich meine, dass ich mal irgendwo etwas derartiges gelesen habe...

Russland möchte mit der jetzt startenden Fobos-Grunt-Mission eine Bodenprobe von Phobos zurückbringen. Man hofft ja u.a. auch, dass ausgeschleudertes Oberflächenmaterial des Mars auf diesem Mond ruht.

Plant Russland nicht auch eine ähnliche Mission? Ich meine, dass ich mal irgendwo etwas derartiges gelesen habe...

Ja, bei ihnen heißt die Mission "Mars-Grunt". Sie soll dabei auf dem Sondenbus basieren, der für Fobos-Grunt entwickelt wurde, aber insgesamt um einiges größer werden.

Hier mal ein Bild des Konzeptes Mars-Grunt:

Die Startmasse soll laut Entwickler Lawotschkin ca 6t betragen, so dass diese Sonde mit einer Angara-A5/Bris-M Richtung Mars geschickt werden kann. Das "Cruise Module" sowie das "Orbiter and return module with descent vehicle" entsprechen dabei im Wesentlichen den gleichen Teilen von Fobos-Grunt.Das Landemodul ist dabei natürlich völlig anders aufgebaut, auch die Aufstiegsrakete muss deutlich größer sein. Als Transfer-Modul wird hier auch nicht die Oberstufe der Rakete verwendet (wie bei Fobos-Grunt die modifizierte Fregat-SB) sondern das elektrisch betriebene System Dvina-TM. Mehr zu Dvina haben wir schon bei der Mission Merkuri-P: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=9581.msg176775#msg176775

Der Orbiter soll dabei eine wissenschaftliche Nutzlast von 50kg tragen, der Lander 20kg. Zurückgebracht werden sollen 200g Marsmaterial