Mars Sample Return (NASA-ESA) – Mars bringes til Jorden

Hvorfor returnere Mars-prøver i stedet for at analysere dem in situ?

Mars har længe fascineret videnskabsmænds og science fiction-forfatteres fantasi, lige siden primitive teleskoper fik os til at tro på tilstedeværelsen af ​​kunstige kanaler på planetens overflade.

Takket være Elon Musks SpaceX, som har reduceret omkostningerne ved at nå Jordens kredsløb radikalt, ser det ud til, at vi måske er inden for få år, eller mere sandsynligt mindst et årti, fra at se den første bemandede mission til Mars.

Når de første menneskelige opdagelsesrejsende ankommer til Mars, vil de stå over for et helt andet sæt opgaver end de astronauter, der først landede på Månen. Enhver Mars-mission vil være langt fra blot få dages ekspeditioner med minimale forsyninger, men vil være årelang med mindst flere måneder på overfladen. Som følge heraf vil en bemandet Mars-mission være en slags protokoloni, der kræver en vis udnyttelse af de lokale ressourcer for at holde astronauterne i live.

Kilde: Udforsk Deep Space

Så det er afgørende, at vi ved mere om planetens overflade og geologi, hvordan Mars' mineraler virkelig er, i stedet for de gæt og skøn, vi har været i stand til at lave indtil videre.

Til det formål er lokal analyse med værktøjer monteret på sonder og robotter generelt utilstrækkelig, da de skal være ekstremt energieffektive og lette, hvilket udelukker mange af de mest nyttige analytiske metoder.

I stedet ville det at bringe en klippeprøve fra Mars tilbage til Jorden give forskere mulighed for at bruge de mest avancerede og følsomme detektionsmetoder til bedre at forstå den røde planets historie.

Dette er årsagen til oprettelsen af ​​Mars Sample Return, under ledelse af både NASA og ESA (Den Europæiske Rumfartsorganisation).

Ideen er at indsamle prøver af Mars-støv og -sten og sende dem tilbage til Jorden. På grund af de ekstreme afstande er dette langt fra en nem opgave, og projektet har haft en vanskelig start med problemer i udviklingen og budgetoverskridelser, der endda har ført til truslen om at blive aflyst.

Vores orbitere er allerede på plads til at levere dataoverførselstjenester til overflademissioner.

Det næste logiske skridt er at bringe prøver tilbage til Jorden, give forskere globalt adgang til Mars og bedre forberede sig på fremtidig menneskelig udforskning af den røde planet. 

Men da andre konkurrerende programmer forsøger at opnå det første forsøg på at bringe mineraler tilbage fra en anden verden, især fra det kinesiske rumprogram, er det sandsynligt, at det amerikansk-europæiske program vil fortsætte i en eller anden form.

Perseverances cache: Hvad er der i rørene (2025-opdatering)

Perseverance-missionen, der blev opsendt i 2020 og landede i 2021 er den nyeste og mest ambitiøse sonde sendt til Mars hidtil, og roveren vejer lige så meget som en stor bil.

Udholdenhed blev også kombineret med Opfindsomhed Mars Helikopter, den første helikopter nogensinde, der formåede at flyve i den meget tynde Mars-atmosfære (2% af Jordens). Ingenuity fløj 72 flyvninger, over 18 kilometer.

Disse sonder supplerer den 3.7 tons tunge ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), som ankom til Mars i 2016, og som fra kredsløb skabte et globalt kort over vandfordelingen i form af vandis eller vandhydrerede mineraler i Mars' lave undergrund.

Perseverance landede i Jezero-krateret, et 45 kilometer bredt nedslagskrater, som forskere mener engang var oversvømmet med vand og hjemsted for et gammelt floddelta. Så det har sandsynligvis ikke kun indeholdt vand i en fjern fortid, men det kan også indeholde beviser på liv i oldtiden.

Kombineret med det meget flade landskab og en placering lige nord for Mars' ækvator, ville potentialet for vandaflejringer stadig dybt under overfladen også gøre Jezero-krateret til et potentielt sted for en bemandet Mars-landing.

Perseverance kørte 30 kilometer rundt om krateret i løbet af 3 et halvt år.

Måske endnu vigtigere, Perseverance indsamlede også 25 prøver af sten og regolit (små sten og støv fra overfladen) samt en luftprøve under udforskningen af ​​Jezero-krateret.

Disse prøver blev indsamlet ved hjælp af en lille boremaskine, der skabte et langt rør af sten, forseglet i en metalbeholder.

Yderligere 5 "vidneprøverør" vil blive indsamlet, samt bevis for systemets renlighed under hele prøveudtagningsprocessen.

Kilde: NASA

De indsamlede prøver er en blanding af sedimentære bjergarter (aflejret af vand) og magmatiske bjergarter (fast magma).

Sådan fungerer Mars-prøveafkast: Lander → MAV → ERO → Jorden

Indtil nu har alle Mars-missioner været ensrettede ture, hvor vores raketter knap nok har været kraftige nok til at sende de flere tons tunge rovere fra hver mission til Mars og lande dem på overfladen.

I den henseende var Perseverance ikke anderledes, idet selve roveren var dømt til at forblive på Mars' overflade.

For at indsamle de høstede prøver skal der sendes en anden mission ud for at lande et dedikeret system på overfladen, der vender tilbage til rummet efter at have indsamlet prøverne.

Dette ville kræve en "hentningsrover", som vil indsamle de prøver, som Perseverance har droppet på Mars' overflade, ved hjælp af en robotarm til at samle dem op og indlæse dem i en raket, der kan sendes tilbage ud i rummet, Mars Ascent Vehicle.

En orbiter vil være der for at modtage prøverne i Mars' kredsløb og transportere dem tilbage til Jorden.

Prøven vil derefter blive modtaget i kredsløb om Jorden af ​​en tredje mission, som vil få den til at lande sikkert og intakt på Jorden til analyse.

Kilde: ESA

NASAs erklærede mål er at bringe disse prøver til Jorden inden 2030'erne. Før prøverne kan åbnes på Jorden, vil de blive overført til et BioSafety Level-4 (Planetary Protection Facility), der nu planlægges af NASA og European Space Foundation. Alle indeslutningssystemer skal forhindre frigivelse af mulige organiske stoffer eller mikrober fra Mars – et vigtigt skridt for at sikre planetens beskyttelse og offentlig sikkerhed.

MSR-udfordringer: Omkostninger, tidsplan og arkitekturdebatter

I 2023 og 2024 blev det tydeligt, at den oprindelige plan og budgettet for Mars Sample Return-missionen var i problemer, da den ville blive massivt forsinket (måske op til 2040'erne) og over budgettet.

Med omkostninger, der er steget fra de allerede massive 6 milliarder dollars til mindst 11 milliarder dollars, har dette sat programmet i søgelyset på en negativ måde.

Så selvom prøverne er blevet effektivt fremstillet af Perseverance, kan deres indsamling og tilbagebringning til Jorden lide under missionens komplekse design.

Prøvehentningslander (SRL): Sky-Crane vs. kommerciel levering

SRL har gennemgået mange forskellige koncepter.

Landerens design har udviklet sig dramatisk i løbet af de sidste to år. På et tidspunkt var den en meget stor lander med en prøve-fetch-rover, derefter to landere, og nu en mellemstor lander uden en fetch-rover og to helikoptere.

Kilde: Planetary Society

I januar 2025 annoncerede NASA, at de overvejer to mulige designs til landingsfasen:

• Den første mulighed vil udnytte tidligere fløjne designs af indgangs-, nedstignings- og landingssystemer, nemlig himmelkranmetode, demonstreret med Curiosity- og Perseverance-missionerne.
• Den anden mulighed vil "udnytte brugen af ​​nye kommercielle muligheder til at levere landingsfartøjets nyttelast til Mars' overflade".

Kilde: NASA

I begge tilfælde vil platformens solpaneler blive udskiftet med en radioisotop-kraftsystem der kan levere strøm og varme gennem støvstormsæsonen på Mars, hvilket giver mulighed for reduceret kompleksitet.

Samlet set ser det ud til, at der er en heftig debat internt i NASA, om de skal fortsætte med en "business-as-usual", holde sig til mindre ambitiøse og dyrere, afprøvede metoder, eller tage risikoen ved at miste de marsianske prøver fra Perseverance til fordel for et uprøvet og billigere, nyere design produceret af private virksomheder.

Mars Ascent Vehicle (MAV): Design, risici og beredskab

Designet af Mars Ascent Vehicle (MAV) og Earth Return Orbiter (ERO) er også i tvivl.

MAV blev designet som en to-trins raket og ville blive opbevaret i SRL.

Kilde: NASA

Kilde: NASA

Dette gør raketten vanskelig at bygge, da den skal overleve en intakt deceleration på 15 G under landingen på Mars og derefter indsættes autonomt for at opsende automatisk uden direkte kontrol fra Jorden på grund af forsinkelse i transmissionen.

Så uden et team på jorden til reparationer og justeringer før lancering, hæver dette barren for pålidelighed.

Der er en opfattelse af, at NASAs Mars Sample Return (MSR)-mission bliver forsinket af ubeslutsomhed, men den virkelige forsinkelse har været flere årtiers søgen efter en traditionel fremdriftsløsning i stedet for et teknologisk fremskridt til at udvikle og teste et Mars Ascent Vehicle (MAV) til at opsende prøverne til Mars-kredsløb.

John Whitehead hos SpaceNews

MAV er sandsynligvis den vanskeligste del af missionen, og den der er mindst avanceret i sin udviklingsfase. Potentielt kunne en tungere lander løse problemet ved at muliggøre et større og lettere at bygge MAV-design.

Earth Return Orbiter (ERO): Hybrid fremdrift og indfangning

Indtil videre er ESA's ansvarsområde; det ville være det største rumfartøj, der nogensinde har kredset om Mars, med et vingefang på 38 meter.

Denne store størrelse stammer fra dens massive solpanel, da den vil bruge den kraftigste elektriske fremdrift nogensinde brugt til en interplanetarisk mission, samtidig med at den bruger kemisk fremdrift til at komme ind i kredsløb om Mars.

Kilde: ESA

Det ville tage ERO omkring to år at nå sit operationelle kredsløb om Mars, et år at udføre sin Mars-mission, og yderligere to år at forlade Mars og vende tilbage til Jorden.

ERO er sandsynligvis mindre problematisk end MAV, da det for det meste er en stor version af testede designs, som ESA er bekendt med. Omkostningskontrol har dog tidligere været et problem for Den Europæiske Rumorganisation.

Budgetforslag til regnskabsåret 2026: Hvad står der på spil for MSR

I april 2024 annoncerede NASA, at de ville begynde at "søge innovative designs" til Return Mars Samples-missionen.

"Bundlinjen er, at et budget på 11 milliarder dollars er for dyrt, og en tilbagevendensdato i 2040 er for langt væk."

Vi er nødt til at se ud af boksen for at finde en vej frem, der både er overkommelig og returnerer prøver inden for en rimelig tidsramme.” 

NASA-administrator Bill Nelson

Et ekstra pres er Det amerikanske føderale budget for 2026, med fokus på at skære ned på en stor del af udgifterne hos NASA, herunder returnering af prøver fra Mars.

Dette kommer som de samme beslutninger, der også planlægger SLS-raketten (Space Launch System) og Orion-kapsler, der tidligere var centrale for Artemis-missioner, der skal pensioneres efter Artemis III, og erstatningen af ​​ISS med en kommerciel rumstation.

I overensstemmelse med administrationens prioritet om at vende tilbage til Månen før Kina og sende en amerikaner på Mars, vil budgettet fremme prioriterede videnskabelige og forskningsmæssige missioner og projekter og dermed afslutte økonomisk uholdbare programmer. inklusive Mars Sample Return. 

Det kan også bemærkes, at den samme præsidentielle meddelelse kritiserede NASA for dens grønne eller progressive dagsorden, hvilket førte til bekymring for, at Mars Sample Return er en følgeskade af en overvejende politisk kamp.

"Dette budget sætter en stopper for klimafokuserede udgifter til 'grøn luftfart'.

Dette budget vil også sikre fortsat eliminering af enhver finansiering til forkert afstemte DEIA-initiativer, og i stedet øremærke disse penge til missioner, der er i stand til at fremme NASAs kernemission.

Truslen mod Mars Sample Return er sandsynligvis primært en strategi fra Det Hvide Hus' side om at tvinge NASA til at overveje nye muligheder for projektet i stedet for passivt at acceptere en budgetoverskridelse på flere milliarder dollars, på et tidspunkt hvor finansieringen til videnskabelige projekter bliver beskåret.

Private virksomheder tilbyder nu deres eget alternativ, og mange hævder at kunne håndtere opgaverne for en brøkdel af NASAs prognoser.

Globalt kapløb: Kinas Tianwen-3 og JAXAs MMX

Stryg for at scrolle →

Kinesisk mission

En god grund til at tvivle på en permanent aflysning af Mars Sample Return-missionen i stedet for en radikal omlægning fra bunden er, at andre rumagenturer presser på for deres egen mission med lignende mål.

I betragtning af USA's intention om at forblive den førende rummagt, ville det være politisk uacceptabelt, at Kina overhalede NASA i opgaven, noget en tilbagevenden i 2040'erne kunne føre til.

Kina har annonceret planer om en Mars-prøvereturmission kaldet Tianwen-3, som skal opsendes i slutningen af ​​2028 med det mål at vende tilbage “ikke mindre end 500 gram prøver fra Mars til Jorden inden omkring 2031".

Selvom dette er en meget mindre prøve, ville den kortere tidslinje stadig give Kina mulighed for at vinde den første Mars-prøve nogensinde, der blev bragt tilbage til Jorden.

Tianwen-3 vil ikke bruge en rover, men en drone til at indsamle prøver fra steder inden for flere hundrede meter fra landingsstedet.

Hele processen med missionsplanen er meget kompleks og involverer 13 faser og anvender in-situ og fjernmålingsteknologier.

Tianwen-3 bliver den første internationale mission, der udfører 2 meter dybe boringer for at indsamle prøver på Mars.

Hou Zengqian  – Chief-forsker på Tianwen-3-missionen

 Japansk mission

Det japanske luftfartsagentur (JAXA) har annonceret en plan ved navn Udforskning af Marsmåner (MMX) at hente prøver fra Mars' måner, Phobos eller Deimos.

Selvom det ikke ligefrem er en Mars-mission, kunne dette have stor interesse, da disse små asteroider, der kredser om Mars, ofte er blevet overvejet som en permanent rumstation omkring den røde planet.

Dette burde også være meget enklere, ligesom landing på en asteroide kan kaldes simpelt, da sonderne og prøverne ikke ville skulle håndtere landing og derefter undslippe Mars' tyngdekraft.

Kilde: MangeVerdener

Investering i Mars-innovatorer

1 Lockheed Martin

Lockheed Martin er en af ​​verdens største virksomheder inden for luftfart og forsvar.

Så det er ikke kun et rumfartsfirma, men også det, der står bag ikoniske fly som Black Hawk helikoptere eller F-16, samt avanceret udstyr som f.eks F-35, flyvende radarfly eller logistiske fly som C-5 Galaxy & C-130J Super Hercules.

Kilde: Lockheed Martin

Det er også producenten af ​​nogle af det amerikanske militærs vigtigste missilsystemer, såsom JASSM, Javelin, ATACMSog HIMARS, i ekstrem høj efterspørgsel efter udtømning af lagre af konflikten i Ukraine.

Det er også en vigtig leverandør af anti-missilforsvarssystemer som flåden AEGIS og THAAD (Terminal High Altitude Area Defense) mod ballistiske missiler.

Kilde: Lockheed Martin

Våben er dog ikke det eneste, virksomheden beskæftiger sig med. Ekspertisen inden for militær flyelektronik og missiler kan i høj grad omsættes til ekspertise inden for raketter og rumfartøjer.

Med hensyn til Mars Sample Return-missionen har Lockheed omfattende erfaring, idet de har bygget 11 af NASAs 22 Mars-rumfartøjer gennem årene og understøttet dem alle. De foreslog en billigere, strømlinet mission, der ville bruge en mindre lander, et mindre Mars-opstigningsfartøj og et mindre system til at komme ind i jorden.

Den målrettede pris ville "kun" være 3 milliarder dollars. Landeren ville bygge på basis af InSight lander, som landede med succes på Mars i 2018.

Lockheed er også hovedleverandør for design, udvikling, test og produktion af Orion-rumfartøjet, som er den mindst kontroversielle eller mindst risikobetonede del af hele Artemis-programmet.

Virksomheden er aktiv i andre rumprogrammer, som f.eks GOES-R vejrsatellitter, indsamling af asteroideprøver af OSIRIS-REx, Jupiter-sonden juniog en bærbar strålingsbeskyttelsesvest, AstroRad.

Samlet set er Lockheed Martin, fra centrale militære systemer til lige så vigtige rumfartøjer og -programmer, i spidsen for amerikansk innovation og udforskning af rummet.

Virksomheden bør drage fordel af senere iterationer af Artemis-programmet, såvel som mange andre missioner i det ydre rum og med fokus på Mars på lang sigt.

(Du kan læse mere om virksomheden i vores dedikerede investeringsrapport “Lockheed Martin (LMT) Spotlight: En leder inden for forsvar og rumfart").

2 Northrop Grumman

Northrop Grumman er et forsvarsluftfartsfirma, der er mest berømt for oprettelsen af den ikoniske B-2 stealth strategisk bombefly, hver af dem koster næsten en milliard dollars. Dette mere end 20 år gamle design vil blive erstattet af B-21, som stadig er under udvikling.

Virksomheden er også på kanten af ​​rumteknologi og har især arbejdet på det avancerede James Webb-rumteleskop.

Kilde: Northrop

Virksomheden henter størstedelen af ​​sine indtægter fra rum- og luftfartssystemer, med et andet stort segment, mission systems divisionen, der dækker en bred vifte af sensorer, cyberforsvarssoftware, sikker kommunikation og C4ISR (kommando, kontrol, kommunikation, computere, efterretninger, overvågning og rekognoscering).

Det er også en førende producent af ammunition, fra lille kaliber til styrede projektiler og stor kaliber.

Kilde: Northrop

Virksomheden ser frem til sin position som leverandør af avancerede våben, med udvikling og indsættelse af autonome våbensystemer som X-47B, helikopterdrone Fire Scout, overvågningsdroner Global Hawk og MQ-4C Triton eller fremtidige autonome strejkedroner.

Virksomheden er på kanten af ​​udviklingen af direkte energivåben (lasere), elektronisk krigsførelse, anti-drone systemerog interkontinentale ballistiske missiler.

Northrop Grumman forsyner USA med nogle af sine mest avancerede kapaciteter, fra rumfart til integreret kommando og tunge stealth-bombefly.

Det kan blive påvirket af aflysningen af ​​SLS, men er stadig førende inden for rumteknologier som hypersoniske fartøjer, missilvarsling og -sporing, satellitkommunikation og fremdrivningssystemer.

3. Raketlaboratoriet

Rocket Lab er en af ​​SpaceX' mest seriøse konkurrenter på markedet for genanvendelige raketter.

Virksomheden har i starten fokuseret på små raketter med Electron-affyringssystemet (320 kg nyttelast), som gradvist bliver omdannet til en delvist genanvendelig raket. Indtil videre har Electron indsat 224 satellitter i 70 opsendelser.

Senere undersøger Rocket Lab muligheden for at skabe en mellemstor genanvendelig raket, Neutron, der kan sammenlignes med Falcon 9 (8,000 kg til LEO i fuldt genanvendelig tilstand, 1,500 kg til Mars eller Venus).

Kilde: Rocket Lab

Neutronen vil blive drevet af en metan-brændende raketmotor (ligesom Starship), hvilket ser ud til at være trenden for den næste generation af raketter.

Den vil bruge det nyåbnede Launch Complex 3, såvel som en specialbygget landingsplads til søs konstrueret af Bollinger Shipyards, den største privatejede nybygnings- og reparationsskibsbygger i USA.

Kilde: Rocket Lab

Rocket Lab foreslog at bruge Neutronen til en Mars Sample Return-mission på 2 milliarder dollarsDet er ikke første gang, Rocket Lab har hjulpet NASA:

• NASAs kommende ESCAPADEMissionen (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) skal undersøge, hvordan solvindene interagerer med Mars' magnetfelt og atmosfære, og den vil blive bygget af Rocket Lab.
• Det leverer cubesat-rumfartøjet til NASAs KAPSTEN (Cislunar Autonomous Position System Technology Operations and Navigation Experiment) mission for at teste stabiliteten af ​​kredsløbet omkring månen, som agenturets foreslåede Lunar Gateway-rum

Virksomheden er også bemærkelsesværdig for sin fuldt vertikalt integrerede satellitproduktionsproces, der gør det muligt at optimere omkostninger og designhastighed.

Dette resulterede i flere kontrakter med NASA og den amerikanske regering, herunder en $515M militær satellitkontrakt. Og en civil kontrakt på $143 mio. for Globalstar.

Rocket Lab er også en stor producent af solpaneler til satellitter efter deres 2022-opkøb af SolAero Technologies, med 1000+ satellitter drevet af disse paneler, og 4MW solceller fremstillet i alt.

Kilde: Rocket Lab

Indtil videre er dets lanceringssystem afhængig af eksterne leverandører, men en række strategiske opkøb ændrer det ved at replikere den vertikale integrationsstrategi, der allerede er opnået inden for satellitdesign og -produktion, for opsendelsessystemer.

Virksomheden ser også på muligheden for en telekom LEO-konstellation til at generere tilbagevendende indtægter. Det bidrager også til forskning for produktion i rummet med Varda Space Industries og inspektion af orbital debris.

Mens SpaceX havde Elon Musks forretningstalent (og penge) til at udvikle sin teknologi fra bunden, brugte Rocket Lab en blanding af forskning og udvikling samt opkøb til vertikalt at integrere den nødvendige teknologi.

Det har vist sig at være meget succesfuldt inden for satellitproduktion, og de forsøger nu at kopiere denne strategi til genanvendelige raketter. I betragtning af den eksisterende pengestrøm fra satellitproduktion og Electron-succeserne er Rocket Lab en god kandidat til at indhente SpaceX' forspring.

(Du kan læse mere om virksomheden i vores dedikerede investeringsrapport om Rocket Lab.)