Mars Sample Return

Das ist alles richtig und wahrscheinlich hast du recht! ich möchte trotzdem kurz ausführen wie ich mir das vorstelle.
Hintergedanke ist die Massenreduzierung des gesamten Systems:
Deswegen wird so viel Technik möglich in die Startrampe und den Orbiter verlagert. Innerhalb des MAVs in die erste Stufe! Die Oberstufe ist im Grunde eine Drallstabilisierte Feststoffrakete ohne jede Steuer und Regelfähigkeit. Sie wird von der Ersten Stufe " abgeschossen" vorher in Drehung versetzt und dank hot staging können auch Bahnabweichungen in der Atmosphäre ausgeglichen werden. Die Oberstufe fliegt ja im luftleeren Raum ohne Störeinflüsse. Nach dem Brennschluss wird die Nutzlast abgetrennt diese ist Kugelförmig taumeln spielt also keine Rolle! Die Außenhaut ist außerdem als Reflektor ausgelegt um den Sensoren des Orbiter die Arbeit zu erleichtern.

Ein passives (nicht kooperierendes) Objekt ist für Rendezvous aber so ziemlich die schwierigste Konstellation. ... Ich denke nicht, dass sie das MAV so auslegen ...

Kann ich mir auch nicht vorstellen. Am elegantesten wäre wohl wirklich, wenn man die Position des MAV per Radiometrie (?) sehr genau bestimmen könnte. Eine Funkverbindung zur Erde kann ja nicht so schwer sein, das hat selbst vom Saturn aus schon geklappt, sogar ohne große Antennenschüssel (Titan-Landesonde Huygens).

Oder falls es doch nicht so einfach ist (oder einfach nicht nötig), könnten die diversen Mars-Orbiter und -Bodensonden helfen, indem sie ihrerseits die relative Position des MAV messen können?

... Nach dem Brennschluss wird die Nutzlast abgetrennt diese ist Kugelförmig taumeln spielt also keine Rolle! Die Außenhaut ist außerdem als Reflektor ausgelegt um den Sensoren des Orbiter die Arbeit zu erleichtern.

Ich bin zwar noch nicht überzeugt ... aber die Idee ist interessant. Ein passiver, geometrisch und massendynamisch rotationssymmetrischer Körper, der "nur aufgenommen" und in der Wiedereintrittskapsel für die Erde verankert werden muss ... das ist nicht "unmöglich", ich denke sogar tatsächlich machbar.

Risiko dabei: Man weiß nicht direkt/robust, wo das Ding im Orbit ist, da es keine Zustandsdaten hat. Wenn es eine Abweichung beim Start oder beim Rendezvous im Orbit gibt? ... Die Kapsel wäre verloren. Man würde sie nicht wiederfinden.

Dann überzeugen wir mal weiter! Das ganze ist ein Reflektor für welche Technik wir auch immer im Orbiter zum auffinden verwendet wird. Wir haben die Daten der Startrampe und des Boosters. Der Flug findet außerhalb der Atmosphäre statt. Unser Ziel"Gebiet" ist der Bereich in dem der Orbiter die Nutzlast sicher detektieren kann. Wenn die Oberstufe funktioniert wo sollte die Nutzlast sonst sein? Außer an der berechneten Stelle?

Soooo einfach ist es dann wohl doch nicht.
Da gibt es wahrscheinlich noch einige Variablen.
Ist z.B. das Gewicht der Proben genau bekannt?

So komplett abstrakt, rein funktional, beschrieben ... geht das .. aber so einfach ist Raumflugtechnik nicht. Auf dem Niveau ist auch eine bemannt Landung auf der Venus "machbar" ...

Nur so ein paar Aspekte:

- Wie leistungsfähig sind die Sensoren?
--> Wie weit entfernt, unter welchen Lichtverhältnissen und wie genau können sie ein Objekt erfassen?
--> Wie groß/klein wird der "Zielraum", in dem sich das Ziel befinden muss, um erfasst zu werden?
- Wie genau berechnet man mit den Daten die "Rendezvous"-Lösung?
- Wie genau fliegt das MAV? Wie genau und sicher trifft es den Zielorbit?
- Wie robust ist das System, wenn es Abweichungen gibt? Wie gut kann man "recovern"?
- ...


Also nein, das ist nicht trivial, sowohl bei technischen Lösung als auch bei der notwendigen Zuverlässigkeit.

Ich kann mir keinen Reim drauf machen, wie es gehen soll, aber das mit den Reflektoren ist laut einem Artikel auf NSF die "Lösung" von Lockheed Martin.

https://www.nasaspaceflight.com/2022/06/lockheed-martin-mars-sample-return/

Ok, da steht ja noch mehr:
- radio beacon on MAV 2nd stage
- well understood gravity field

Sie wollen offenbar den Aufstieg sehr genau tracken und den "finalen Bewegungszustand" beim Brennschluss bestimmen. Dann wissen sie sehr gut, wo die Nutzlast ist und wie sie sich bewegt. Zusammen mit dem guten Verständnis des Gravitationsfelds, können sie diese Bewegung gut weiterrechnen und vorhersagen, ggf. auch ein paar "Tage"?

Könnten sie das Verfahren und die Technik vielleicht sogar im Erdorbit mit einem Kleinträger und einem Kleinsatelliten testen/qualifizieren?

[ironie on] testen muß man das nicht, hat man schon oft mit Weltraumschrott so gemacht.

Wenn die Oberstufe funktioniert wo sollte die Nutzlast sonst sein? Außer an der berechneten Stelle?

Es ist ja weniger eine Frage des Ortes als der Geschwindigkeit.
Offen ist für mich der Punkt, wie ein passieves Orbit Sample Modul vom Earth Return Orbiter eingefangen wird. Hab noch nichts drüber gefunden. (Bisher sollte die Oberstufe aktiv in den Orbiter eindocken.)

Von Einfach habe ich nichts geschrieben, mir ging es um die Massenreduktion so zu sagen ein funktionsfähige Grenzbetrachtung. Hatten nicht die Italiener passive Fußball große Laser Reflektoren im Erd Orbit?
Das Gewicht der Proben, und deren Verhalten ist in der Tat ein Unsicherheitsfaktor, werden die von Percy gewogen? Durch die Anordnung der Proben untereinander könnte man "suchten"...

Das Gewicht der Proben, und deren Verhalten ist in der Tat ein Unsicherheitsfaktor, werden die von Percy gewogen? Durch die Anordnung der Proben untereinander könnte man "suchten"...

Das MAV könnte sie ja wiegen und sich dann darauf einstellen. Oder sich alternativ selbst trimmen, durch Abwerfen von Ballastmasse.

Ich korregiere mich mal kurz, nach dieser Doku war das mit dem Erkennung und Rendezvous eines passiven OS schon immer so vorgesehen. Bleibt dennoch die Frage, wie das geht.
https://www.hou.usra.edu/meetings/ninthmars2019/eposter/6347.pdf

Danke für das verlinkte Dokument. In dem Schaubild am Anfang heißt es bei Punkt 6:

... the ERO is positioned to provide tracking and monitoring of the launch of the Mars Ascent Vehicle (MAV) and release of the OS. The ERO optically detects the OS, determines its orbit, rendezvous with and captures the OS.

Ich verstehe das so: Der ERO überfliegt die Landestelle des MAV während dessen Starts und verfolgt den Aufstieg mit optischen Instrumenten mit. Das MAV stößt nach seinem Brennschluss die Probenkapsel aus. Der ERO beobachtet die Kapsel, bestimmt ihren Orbit, führt ein Rendezvous durch und fängt sie ein.

Das Manöver soll auch vor der lokalen Staubsturmsaison steigen, da diese natürlich die Beobachtung erschweren würden.

Ah, weiter unten im Text:

The orbiter uses an optical sensor suite to detect and locate the target Orbiting Sample (OS) in Mars Orbit. Sophisticated optical hardware and elaborate image processing techniques are required for the detection of the small, moving OS in front of the noisy star background.

Der ERO soll seine Aufgabe mit einem hochentwickelten optischen Sensor/Softwaresystem erledigen. Das übrigens von der NASA beigestellt wird.

Der ERO soll dann wohl bereits in genau dem (theoretischen) Orbit fliegen, den das MAV erreichen wird und der MAV-Start wird gerade so getimet, dass ERO und MAV (theoretisch) kollidieren müssten. Dann muss der ERO "nur noch" ein paar Kurskorrekturen machen und die Kapsel fliegt ihm genau in den aufgesperrten Greifarm. Theoretisch.

Nochmal die Frage:

"Wie haben es die Chinesen im Mondorbit gemacht?"

.. Hatten nicht die Italiener passive Fußball große Laser Reflektoren im Erd Orbit?

Yep - LAGEOS-2 (1992): 60 cm Durchmesser, 426 Laser-Retroreflektoren, Kern aus massivem Messing mit ca 400 kg Masse. LAGEOS-1 (1976) war von der NASA gebaut worden:

https://de.wikipedia.org/wiki/LAGEOS

@topos danke.
@Terminus zur Kompensation hatte ich ja hot staging vorgeschlagen damit geht halt etwas Booster Leistung verloren, besser als Ballast. Eigentlich müsste doch Percy wiegen, man will ja wissen wie viel im Röhrchen ist.
Und das mit dem ERO " abschießen " hatte ich ja oben auch schon erwähnt....

@alepu soweit ich mich erinnere aktives docking zweiter " vollwertiger" Raumfahrzeuge...

Vorschläge der Helicopter für die Zukunft.

Diese Illustration zeigt drei verschiedene Modelle des solarbetriebenen Mars-Hubschraubers der NASA.
Oben rechts ist der Ingenuity Mars Helicopter zu sehen, der derzeit im Jezero-Krater eingesetzt wird.
Im Vordergrund ist einer von zwei Hubschraubern zur Probengewinnung abgebildet, die im Rahmen des Mars Sample Return zum Mars fliegen sollen. Die NASA entwickelt die Sample Recovery Helicopters, um den Perseverance-Rover beim Transport von Probenröhren zum Sample Return Lander zu unterstützen.
Oben in der Mitte des Bildes ist das Konzept des Mars Science Helicopters zu sehen. Als vorgeschlagener Nachfolger von Ingenuity könnte der Mars Science Helicopter mit sechs Rotoren bei künftigen Marsmissionen als Aufklärer aus der Luft eingesetzt werden. Er könnte eine Nutzlast von 2 bis 5 Kilogramm, einschließlich der wissenschaftlicher Instrumente, transportieren, um Gelände zu untersuchen, das die Rover nicht erreichen können.

Details

Kredit:NASA/JPL-Caltech
https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA25338

Danke Gertrud, schönes Bild!

Wobei ich allerdings nicht ganz verstehe, wo sie da bei Ingenuity noch Gewicht einsparen wollen um diese Transporte zu ermöglichen.
Laut Bob Balaram sollen diese Sample Recovery Helicopter ja "Ingenuity class helicopter" sein.

https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/status/417/mars-helicopters-the-4rs

Hallo alepu,

die Sample Recovery Helicopters sind eine neue Weiterentwicklung von Ingenuity.

In dem von dir verlinkten Bericht steht:
Der Erfolg von Ingenuity hat zu der Entscheidung der NASA geführt, zwei Hubschrauber der Ingenuity-Klasse auf dem Mars Sample Retrieval Lander mitzunehmen, der noch in diesem Jahrzehnt starten soll. Diese mit Rädern statt Füßen und einem kleinen Manipulatorarm mit Zweifingergreifer ausgestatteten Hubschrauber werden bei Bedarf wertvolle Probenröhrchen aus einem Probenlager zurück zum Marsaufstiegsfahrzeug transportieren, das dann zur Erde zurückfliegt

Ingenuity's success has led to NASA's decision to take two Ingenuity class helicopters on the Mars Sample Retrieval Lander scheduled for later in this decade. These Sample Recovery Helicopters, with wheels instead of feet, and a small manipulator arm with a two-fingered gripper, will, if needed, carry precious sample tubes from a sample cache depot back to the Mars ascent vehicle for launch back to Earth.

Quelle:
https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/status/417/mars-helicopters-the-4rs

Beste Grüße Gertrud

Eben, also viel höheres Gewicht!
Und da frage ich mich eben wie das gehandhabt wird.
Kann mir eigentlich nur vorstellen, daß diese Helikopter um einiges grösser werden.
Denn, gleiche Grösse mit noch höherer Drehzahl? Stärkerer Motor mit stärkerer(schwererer?) Batterie? Grössere Solarzellen? Noch grössere Rotoren?
Aber ist das dann noch "Ingenuity-Klasse?"

Hallo,

ich denke mit "Ingenuity-Klasse" ist die Art des Helikopters mit übereinander liegenden Rotoren gemeint. Im Gegensatz zu z. B. Quadro- oder Hexakoptern mit mehreren Rotoren um den Helikörper.

Gruß

Mario

Sicher, aber sie hatten ja schon jetzt erhebliche Gewichtsprobleme es mit diesem System hinzukriegen!
Ausser sie haben da jetzt mit diesem Modell so viel gelernt, daß sie es ohne Schwierigkeiten modifizieren können.

Modell des vorgeschlagenen Mars Science Helicopter.
Dieses Foto zeigt ein Modell des NASA-Konzepts für einen Mars-Wissenschaftshubschrauber. Dieses Hubschrauberkonzept ist ein leistungsfähigerer Nachfolger des Ingenuity Mars Helicopter, der im Februar 2021 im Bauch des Perseverance-Rovers auf dem Roten Planeten eintraf.
Der Mars Science Helicopter mit sechs Rotoren könnte bei künftigen Marsmissionen als Aufklärer aus der Luft eingesetzt werden, der zwischen 2 und 5 Kilogramm Nutzlast, einschließlich wissenschaftlicher Instrumente, mit sich führt und Terrain untersucht, das die Rover nicht erreichen können.
Es befindet sich noch in einem frühen Konzeptions- und Entwurfsstadium.
Das vorgeschlagene Design ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen dem JPL, dem Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley und AeroVironment Inc.

Details

Kredit:NASA
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA25661

Ein Modell des Sample Recovery Helicopters im Test.
Ein Modell eines Probenbergungshubschraubers fährt und positioniert sich über einem Probenröhrchen während eines Tests in der Mars-Werft des Jet Propulsion Laboratory(JPL). 
Zwei Probenbergungshubschrauber sollen im Rahmen der Mars-Probenrückholkampagne zum Mars fliegen. Die NASA entwickelt die Sample Recovery Helicopters, um den Perseverance-Rover beim Transport von Probenröhren zum Sample Retrieval Lander zu unterstützen.
Diese Hubschrauber sind Nachfolger des Ingenuity Mars Helicopter der NASA, der im Februar 2021 im Bauch von Perseverance auf dem Roten Planeten eintraf. Die Sample Recovery Helicopters haben Räder anstelle von Füßen sowie einen kleinen Manipulatorarm mit einem Zweifingergreifer, der wertvolle Probenröhrchen tragen kann.
Die Erprobung der Probenbergungshubschrauber ist noch nicht abgeschlossen. Der Prüfstand wurde von AeroVironment Inc. hergestellt.

Details

Kredit:NASA/JPL-Caltech/AeroVironment

Ein Video dazu:
https://photojournal.jpl.nasa.gov/archive/PIA25320.mp4
Quelle:
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA25320

Beste Grüße Gertrud

„ Ein Video dazu:
https://photojournal.jpl.nasa.gov/archive/PIA25320.mp4
Quelle:
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA25320“

Die Räder ohne Lenkantriebe ist es nicht gut. Mit 4 Räder wird problematisch sichere sog. Panzerlenkung mit Null-Wenderadius.