Mars Sample Return (NASA–ESA) – Mars til jorden

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

Mars har lenge fascinert fantasien til forskere og science fiction-forfattere, helt siden primitive teleskoper fikk oss til å tro på tilstedeværelsen av kunstige kanaler på planetens overflate.

Takket være Elon Musks SpaceX, som har redusert kostnadene ved å nå jordens bane radikalt, ser det ut til at vi kan være innen få år, eller mer sannsynlig minst et tiår, fra å se det første bemannede oppdraget til Mars.

Når de første menneskelige oppdagelsesreisende ankommer Mars, vil de møte helt andre oppgaver enn astronautene som først landet på månen. Ethvert Mars-oppdrag vil være langt fra noen få dagers ekspedisjoner med minimal forsyning, men vil vare i årevis, med minst flere måneder på overflaten. Som et resultat må et bemannet Mars-oppdrag være en slags protokoloni, som krever en viss utnyttelse av lokale ressurser for å holde astronautene i live.

kilde: Utforsk Deep Space

Så det er avgjørende at vi vet mer om planetens overflate og geologi, hvordan marsiske mineraler egentlig er, i stedet for gjetningene og estimatene vi har vært i stand til å gjøre så langt.

For det er lokal analyse med verktøy montert på sonder og roboter generelt utilstrekkelig, ettersom de må være ekstremt energieffektive og lette, noe som utelukker mange av de mest nyttige analysemetodene.

I stedet ville det å bringe en marsiansk steinprøve tilbake til jorden gi forskere muligheten til å bruke de mest avanserte og følsomme deteksjonsmetodene for å bedre forstå den røde planetens historie.

Dette er grunnen til opprettelsen av Mars Sample Return, under ledelse av både NASA og ESA (European Space Agency).

Tanken er å samle inn støv og steiner fra Mars og sende dem tilbake til jorden. På grunn av de ekstreme avstandene er dette langt fra en enkel oppgave, og prosjektet har hatt en vanskelig start, med problemer med utviklingen og kostnadsoverskridelser, med til og med trussel om å bli kansellert.

Våre romfartøyer er allerede på plass for å tilby dataoverføringstjenester for overflateoppdrag.

Det neste logiske steget er å bringe prøver tilbake til jorden, gi forskere globalt tilgang til Mars, og bedre forberede seg på fremtidig menneskelig utforskning av den røde planeten. 

Men ettersom andre konkurrerende programmer ønsker å oppnå at menneskeheten for første gang vil bringe tilbake mineraler fra en annen verden, særlig fra det kinesiske romprogrammet, er det sannsynlig at det amerikansk-europeiske programmet vil fortsette i en eller annen form.

Perseverances Cache: Hva er i rørene (2025-oppdatering)

Perseverance-oppdraget ble lansert i 2020 og landet i 2021 er den nyeste og mest ambisiøse sonden som er sendt til Mars hittil, og roveren veier like mye som en stor bil.

Utholdenhet ble også kombinert med Oppfinnsomhet Mars Helikopter, det aller første helikopteret som klarte å fly i den svært tynne Marsatmosfæren (2 % av jordens). Ingenuity fløy 72 flyvninger, over 18 kilometer.

Disse sondene utfyller 3.7 tonn ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), som ankom Mars i 2016 og som fra bane laget et globalt kart over vannfordeling i form av vannis eller vannhydrerte mineraler i den grunne underoverflaten av Mars.

Perseverance landet i Jezero-krateret, et 45 kilometer bredt nedslagskrater, som forskere mener en gang var oversvømmet av vann og var hjemsted for et gammelt elvedelta. Så det har sannsynligvis ikke bare inneholdt vann i en fjern fortid, men det kan også inneholde bevis på urtidlig liv.

Kombinert med det svært flate landskapet og en beliggenhet like nord for Mars' ekvator, ville potensialet for vannforekomster fortsatt dypt under overflaten også gjøre Jezero-krateret til et potensielt sted for en bemannet Mars-landing.

Perseverance kjørte 30 kilometer rundt krateret i løpet av tre og et halvt år.

Kanskje enda viktigere, Perseverance samlet også inn 25 prøver av stein og regolitt (små steiner og støv på overflaten), samt én luftprøve under utforskningen av Jezero-krateret.

Disse prøvene ble samlet inn ved hjelp av en liten boremaskin som lagde et langt rør med steiner, forseglet i en metallbeholder.

Ytterligere 5 «vitnesrør» vil bli samlet inn, samt bevis på systemets renhet gjennom hele prøvetakingsprosessen.

kilde: NASA

Prøvene som er samlet inn er en blanding av sedimentære bergarter (avsatt av vann) og magmatiske bergarter (fast magma).

Slik fungerer Mars-prøveretur: Lander → MAV → ERO → Jorden

Frem til nå har alle Mars-oppdrag vært enveiskjørte reiser, med rakettene våre knapt kraftige nok til å sende til Mars og lande på overflaten de flere tonn tunge roverne fra hvert oppdrag.

I så måte var ikke Perseverance annerledes, med selve roveren dømt til å forbli på Mars-overflaten.

For å samle inn de høstede prøvene, må det sendes ut et nytt oppdrag for å lande et dedikert system på overflaten som skal tilbake ut i rommet etter at prøvene er samlet inn.

Dette ville kreve en «hentingsrover», som vil samle inn prøvene som Perseverance slipper ned på Mars-overflaten, bruke en robotarm til å plukke dem opp og laste dem inn i en rakett som kan sendes tilbake ut i rommet, Mars Ascent Vehicle.

En romsonde vil være der for å motta prøvene i Mars-banen og frakte dem tilbake til Jorden.

Prøven vil deretter bli mottatt i jordens bane av et tredje oppdrag, som vil sørge for at den lander trygt og intakt på jorden for analyse.

kilde: ESA

NASAs uttalte mål er å bringe disse prøvene til jorden innen 2030-tallet. Før prøvene kan åpnes på jorden, vil de bli overført til et BioSafety Level-4 (Planetary Protection Facility) som nå planlegges av NASA og European Space Foundation. Alle inneslutningssystemer må forhindre utslipp av mulige organiske stoffer eller mikrober fra Mars – et viktig skritt for å sikre planetens beskyttelse og offentlig sikkerhet.

MSR-utfordringer: Kostnads-, tidsplan- og arkitekturdebatter

I 2023 og 2024 ble det tydelig at den opprinnelige planen og budsjettet for Mars Sample Return-oppdraget var i trøbbel, ettersom det ville bli massivt forsinket (kanskje frem til 2040-tallet) og over budsjettet.

Med kostnader som har steget fra allerede enorme 6 milliarder dollar til minst 11 milliarder dollar, har dette satt programmet i søkelyset på en negativ måte.

Så selv om prøvene har blitt laget effektivt av Perseverance, kan innsamlingen av dem og transporten tilbake til jorden lide under oppdragets komplekse design.

Prøveinnhentingslander (SRL): Sky-Crane vs. kommersiell levering

SRL har gått gjennom mange forskjellige konsepter.

Landerdesignet har utviklet seg dramatisk de siste to årene. Den var først en veldig stor lander med en prøve-hentingsrover, deretter to landere, og nå en mellomstor lander uten henterover og to helikoptre.

kilde: Planetary Society

I januar 2025 kunngjorde NASA at de vurderer to mulige design for landingsfasen:

• Det første alternativet vil utnytte tidligere fløyede innstignings-, nedstignings- og landingssystemer, nemlig himmelkranmetoden, demonstrert med oppdragene Curiosity og Perseverance.
• Det andre alternativet vil «utnytte nye kommersielle muligheter for å levere landingsfartøyets nyttelast til overflaten av Mars».

kilde: NASA

I begge tilfeller vil plattformens solcellepaneler bli erstattet med et radioisotopkraftsystem som kan gi strøm og varme gjennom støvstormsesongen på Mars, noe som gir redusert kompleksitet.

Alt i alt ser det ut til at det er en het debatt innad i NASA om de skal fortsette som vanlig, holde seg til mindre ambisiøse og dyrere, velprøvde metoder, eller ta risikoen ved å miste de marsianske prøvene fra Perseverance til fordel for et uprøvd og billigere, nyere design produsert av private selskaper.

Mars-oppstigningsfartøy (MAV): Design, risikoer og beredskap

Utformingen av Mars Ascent Vehicle (MAV) og Earth Return Orbiter (ERO) er også omtalt.

MAV ble designet som en totrinns rakett og ville bli lagret i SRL.

kilde: NASA

kilde: NASA

Dette gjør raketten vanskelig å bygge, ettersom den må overleve en intakt 15G med retardasjon under landingen på Mars, og deretter utplasseres autonomt for å skytes opp automatisk uten direkte kontroll fra jorden, på grunn av forsinkelse i overføringstid.

Så uten noe team på bakken for reparasjoner og justeringer før lansering, hever dette standarden for pålitelighet.

Det er en oppfatning at NASAs Mars Sample Return (MSR)-oppdrag blir forsinket av ubesluttsomhet, men den virkelige forsinkelsen har vært flere tiår med søken etter en tradisjonsrik fremdriftsløsning i stedet for et teknologisk fremskritt for å utvikle og teste et Mars Ascent Vehicle (MAV) for å skyte prøvene opp i bane rundt Mars.

John Whitehead hos SpaceNews

MAV er sannsynligvis den vanskeligste delen av oppdraget, og den som er minst avansert i utviklingsfasen. Potensielt kan en tyngre lander løse problemet ved å tillate et større og enklere MAV-design.

Jordretur-orbiter (ERO): Hybrid fremdrift og fangst

Så langt er ESAs ansvar for ERO; det ville være det største romfartøyet som noen gang har gått i bane rundt Mars, med et vingespenn på 38 meter.

Denne store størrelsen stammer fra det massive solpanelet, ettersom det vil bruke den kraftigste elektriske fremdriften som noen gang er brukt til et interplanetarisk oppdrag, samtidig som det bruker kjemisk fremdrift for å komme inn i bane rundt Mars.

kilde: ESA

Det ville ta ERO omtrent to år å nå sin operative bane rundt Mars, et år å utføre Mars-oppdraget sitt, og ytterligere to år å forlate Mars og returnere til Jorden.

ERO er sannsynligvis mindre problematisk enn MAV, ettersom det stort sett er en stor versjon av testede design som ESA er kjent med. Kostnadskontroll har imidlertid vært et problem for Den europeiske romorganisasjonen tidligere.

Budsjettforslag for regnskapsåret 2026: Hva står på spill for MSR

I april 2024 annonserte NASA at de ville begynne å «søke etter innovative design» for Return Mars Samples-oppdraget.

«Konklusjonen er at et budsjett på 11 milliarder dollar er for dyrt, og en returdato i 2040 er for langt unna.

Vi må se utenfor boksen for å finne en vei videre som både er rimelig og returnerer prøver innen rimelig tid.» 

NASA-administrator Bill Nelson

Et ekstra press er Det amerikanske føderale budsjettet for 2026, med mål om å kutte mye av utgiftene hos NASA, inkludert retur av Mars-prøver.

Dette kommer som de samme beslutningene som også planlegger for SLS-raketten (Space Launch System) og Orion-kapsler, som tidligere var sentrale i Artemis-oppdragene, som skal pensjoneres etter Artemis III, og erstatningen av ISS med en kommersiell romstasjon.

I samsvar med administrasjonens prioritet om å returnere til månen før Kina og sende en amerikaner til Mars, vil budsjettet fremme prioriterte vitenskapelige og forskningsoppdrag og -prosjekter, og dermed avslutte økonomisk uholdbare programmer. inkludert Mars Sample Return. 

Det kan også bemerkes at den samme presidentkunngjøringen kritiserte NASA for sin grønne eller progressive agenda, noe som førte til bekymring for at Mars Sample Return er utilsiktet skade for en hovedsakelig politisk kamp.

«Dette budsjettet setter en stopper for klimafokuserte utgifter til «grønn luftfart».

Dette budsjettet vil også sikre fortsatt eliminering av all finansiering til feiljusterte DEIA-initiativer, og i stedet øremerke disse pengene til oppdrag som er i stand til å fremme NASAs kjerneoppdrag.

Trusselen mot Mars Sample Return er mest sannsynlig en strategi fra Det hvite hus for å tvinge NASA til å vurdere nye alternativer for prosjektet, i stedet for passivt å akseptere en budsjettoverskridelse på flere milliarder dollar, i en tid hvor finansieringen av vitenskapelige prosjekter kuttes.

Private selskaper kommer og tilbyr sitt eget alternativ, og mange hevder å håndtere oppgavene for en brøkdel av NASAs prognoser.

Globalt kappløp: Kinas Tianwen-3 og JAXAs MMX

Sveip for å bla →

Kinesisk misjon

En god grunn til å tvile på en permanent kansellering av Mars Sample Return-oppdraget, i stedet for en radikal redesign fra bunnen av, er at andre romfartsorganisasjoner presser på for sitt eget oppdrag med lignende mål.

Med tanke på USAs intensjon om å forbli den ledende rommakten, ville det være politisk uakseptabelt at Kina slo NASA i oppgaven, noe en tilbakekomst på 2040-tallet kunne føre til.

Kina har annonsert planer for et Mars-prøvereturoppdrag kalt Tianwen-3, som skal skytes opp sent i 2028, med mål om å returnere «ikke mindre enn 500 gram marsiske prøver til jorden innen rundt 2031".

Selv om dette er et mye mindre utvalg, vil den kortere tidslinjen fortsatt tillate Kina å vinne den aller første Mars-prøven som ble brakt tilbake til Jorden.

Tianwen-3 vil ikke bruke en rover, men en drone for å samle inn prøver fra steder innenfor flere hundre meter fra landingsstedet.

Hele prosessen med oppdragsplanen er svært kompleks, og involverer 13 faser og bruker in-situ og fjernmålingsteknologier.

Tianwen-3 blir det første oppdraget internasjonalt som skal utføre 2 meter dyp boring for prøveinnsamling på Mars.

Hou Zengqian  – Kap.ief-forskeren fra Tianwen-3-oppdraget

 Japansk misjon

Det japanske romfartsbyrået JAXA (Japanese Aerospace Exploration Agency) har annonsert en plan kalt Utforskning av Marsmåner (MMX) å hente prøver fra Mars' måner, Phobos eller Deimos.

Selv om det ikke akkurat er et Mars-oppdrag, kan dette ha stor interesse, ettersom disse små asteroidene som går i bane rundt Mars ofte har blitt vurdert som en permanent romstasjon rundt den røde planeten.

Dette burde også være mye enklere, akkurat som landing på en asteroide kan kalles enkelt, ettersom sondene og prøvene ikke ville måtte hanskes med landing og deretter unnslippe Mars' tyngdekraft.

kilde: MangeVerdener

Investering i innovatører på Mars

1. Lockheed Martin

Lockheed Martin er et av verdens største luftfarts- og forsvarsselskaper.

Så det er ikke bare et romfartsselskap, men også det som står bak ikoniske fly som Black Hawk-helikoptre eller F-16, samt avansert utstyr som F-35, flygende radarfly eller logistiske fly som C-5 Galaxy & C-130J Super Hercules.

kilde: Lockheed Martin

Det er også produsenten av noen av det amerikanske militærets viktigste missilsystemer, som JASSM, Javelin, ATACMSog himars, i ekstremt høy etterspørsel etter uttømmingen av lagrene av konflikten i Ukraina.

Det er også en viktig leverandør av anti-missilforsvarssystemer som marinen AEGIS og THAAD (Terminal High Altitude Area Defense) mot ballistiske missiler.

kilde: Lockheed Martin

Våpen er imidlertid ikke alt selskapet driver med. Ekspertisen innen militær avionikk og missiler kan i stor grad omsettes til ekspertise innen raketter og romfartøy.

Når det gjelder Mars Sample Return-oppdraget, har Lockheed omfattende erfaring, etter å ha bygget 11 av NASAs 22 Mars-romfartøy gjennom årene og støttet alle. De foreslo et billigere, strømlinjeformet oppdrag som ville bruke en mindre lander, et mindre Mars-oppstigningsfartøy og et mindre jordadgangssystem.

Den målrettede prislappen ville være «bare» 3 milliarder dollar. Landeren ville bygge på grunnlag av InSight-lander, som landet med suksess på Mars i 2018.

Lockheed er også hovedleverandør for design, utvikling, testing og produksjon av Orion-romfartøyet, som er den minst kontroversielle eller risikoutsatte delen av hele Artemis-programmet.

Selskapet er aktiv i andre romprogrammer, som GOES-R værsatellitter, innsamling av asteroideprøver av OSIRIS-Rex, Jupiter-sonden juniog en bærbar strålingsbeskyttende vest, AstroRad.

Alt i alt, fra viktige militære systemer til like viktige romfartøyer og -programmer, er Lockheed Martin i forkant av amerikansk innovasjon og dyp romutforskning.

Selskapet bør dra nytte av senere iterasjoner av Artemis-programmet, så vel som mange andre dype rom- og Mars-fokuserte oppdrag på lang sikt.

(Du kan lese mer om selskapet i vår dedikerte investeringsrapportLockheed Martin (LMT) Spotlight: En leder innen forsvar og romfart").

2. Northrop Grumman

Northrop Grumman er et forsvarsflyselskap som er mest kjent for opprettelsen av den ikoniske B-2 stealth strategiske bombeflyet, hver og en koster nesten en milliard dollar. Dette mer enn 20 år gamle designet kommer til å bli erstattet av B-21, som fortsatt er under utvikling.

Selskapet er også i ytterkanten av romteknologi og har spesielt jobbet med det toppmoderne James Webb-romteleskopet.

kilde: Northrop

Selskapet henter mesteparten av sine inntekter fra rom- og luftfartssystemer, med et annet stort segment, divisjonen misjonssystemer, som dekker et bredt spekter av sensorer, cyberforsvarsprogramvare, sikker kommunikasjon og C4ISR (kommando, kontroll, kommunikasjon, datamaskiner, etterretning, overvåking og rekognosering).

Det er også en ledende produsent av ammunisjon, fra lite kaliber til guidede prosjektiler og stort kaliber.

kilde: Northrop

Selskapet ser frem til sin posisjon som leverandør av avanserte våpen, med utvikling og utplassering av autonome våpensystemer som X-47B, helikopterdrone Fire Scout, overvåkingsdroner Global Hawk og MQ-4C Triton, eller fremtidige autonome streikdroner.

Selskapet er på kanten av utviklingen av direkte energivåpen (lasere), elektronisk krigføring, anti-drone systemerog interkontinentale ballistiske missiler.

Northrop Grumman forsyner USA med noen av sine mest avanserte kapasiteter, fra romfart til integrerte kommando- og tunge stealth-bombefly.

Det kan bli påvirket av kanselleringen av SLS, men er fortsatt en leder innen romteknologier som hypersoniske kjøretøy, missilvarsling og -sporing, satellittkommunikasjon og fremdriftssystemer.

3. Rakettlaboratoriet

Rocket Lab er en av SpaceXs mest seriøse konkurrenter i markedet for gjenbrukbare raketter.

Selskapet har i utgangspunktet fokusert på små raketter, med Electron-oppskytningssystemet (320 kg nyttelast), som gradvis blir omgjort til en delvis gjenbrukbar rakett. Så langt har Electron distribuert 224 satellitter fordelt på 70 oppskytinger.

Senere vurderer Rocket Lab å lage en mellomstor gjenbrukbar rakett, Neutron, sammenlignbar med Falcon 9 (8,000 kg til LEO i fullt gjenbrukbar modus, 1,500 kg til Mars eller Venus).

kilde: Rakettlab

Neutronen vil bli drevet av en metanbrennende rakettmotor (som Starship), som ser ut til å være trenden for neste generasjon raketter.

Den vil bruke det nyåpnede Launch Complex 3, i tillegg til en spesialbygd landingsplass til sjøs konstruert av Bollinger Shipyards, den største privateide nybyggings- og reparasjonsskipsbyggeren i USA.

kilde: Rakettlab

Rocket Lab foreslo å bruke Neutron til et Mars Sample Return-oppdrag på 2 milliarder dollarDette er ikke første gang Rocket Lab har hjulpet NASA:

• NASAs kommende ESCAPADE(Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers)-oppdraget for å studere hvordan solvindene samhandler med Mars' magnetfelt og atmosfære vil bli bygget av Rocket Lab.
• Det leverer cubesat-romfartøyet til NASAs KAPSTEIN (Cislunar Autonomous Position System Technology Operations and Navigation Experiment)-oppdraget for å teste stabiliteten til banen rundt månen som byråets foreslåtte Lunar Gateway-rom

Selskapet er også bemerkelsesverdig for sin fullstendig vertikalt integrerte satellittproduksjonsprosess, som gjør det mulig å optimalisere kostnader og designhastighet.

Dette resulterte i flere kontrakter med NASA og den amerikanske regjeringen, inkludert en militær satellittkontrakt på 515 millioner dollar. Og en sivil kontrakt på 143 millioner dollar for Globalstar.

Rocket Lab er også en stor produsent av solcellepaneler for satellitter etter oppkjøpet av SolAero Technologies i 2022, med 1000+ satellitter drevet av disse panelene, og 4MW solceller produsert totalt.

kilde: Rakettlab

Foreløpig er lanseringssystemet avhengig av eksterne leverandører, men en rekke strategiske oppkjøp endrer på det, ved å replikere den vertikale integrasjonsstrategien som allerede er oppnådd i satellittdesign og -produksjon for oppskytningssystemer.

Selskapet ser også på muligheten for en telekom LEO-konstellasjon for å generere tilbakevendende inntekter. Det bidrar også til forskning for produksjon i verdensrommet med Varda Space Industries og inspeksjon av orbital rusk.

Mens SpaceX hadde Elon Musks forretningstalent (og penger) til å utvikle teknologien sin fra bunnen av, brukte Rocket Lab en blanding av FoU og oppkjøp for å vertikalt integrere teknologien som var nødvendig.

Det har vist seg å være svært vellykket innen satellittproduksjon, og de ønsker nå å kopiere denne strategien for gjenbrukbare raketter. Med tanke på den eksisterende kontantstrømmen fra satellittproduksjon og Electron-suksessene, er Rocket Lab en god kandidat til å ta igjen SpaceXs forsprang.

(Du kan lese mer om selskapet i vår dedikerte investeringsrapport om Rocket Lab.)