Ejemplo de misión de regreso a Marte

Es posible y hay varias misiones de este tipo planificadas o propuestas:

• El ruso Roscosmos propuso la misión Mars-Grunt que debería basarse en la tecnología de retorno de muestra Phobos-Grunt (el primer Phobos-Grunt salió mal, pero escuché que comenzaron a planificar Phobos-Grunt 2 ). El peso de retorno de la muestra sería de aproximadamente 0,2 kilogramos (0,44 lb) según este documento de Roscosmos Space Missions (PDF).
• China tiene planes para explorar Marte de manera similar a como lo están haciendo ahora con la exploración lunar, por lo que los orbitadores primero, luego los módulos de aterrizaje, seguidos de misiones de retorno de muestra para 2030, y así sucesivamente. China tiende a construir dos naves idénticas en lugar de solo una, por lo que aumenta bastante la solidez de la misión en caso de una falla inesperada. Aún se desconoce la masa y el tamaño de las muestras de retorno a las que apuntarían.
• Los planes conjuntos de la NASA y la ESA a través de la Iniciativa de Exploración Conjunta de Marte tenían como objetivo el marco de tiempo 2020-2022, pero eso ahora es incierto debido a la cancelación de la misión del rover conceptual Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C). El proyecto MAX-C tenía como objetivo la devolución de un caché de 20 muestras, probablemente de menos de medio kilo de peso.
• La NASA tiene muchas propuestas a través de su Programa de exploración de Marte , por ejemplo, la misión Mars Next Generation con un retorno de muestra planificado en el período 2018-2024 ( Resumen del informe final, Grupo de planificación del programa de Marte (PDF)), la misión del rover Mars 2020 que también es un concepto en estudio con fecha de lanzamiento objetivo en 2020 con la ambición de devolver muestras, y así sucesivamente. Se propone que la misión del rover Mars 2020 recolecte hasta 31 muestras de núcleos de roca y suelo, cada uno de 1 cm de diámetro.

Y podría haber otra misión planificada similar en diferentes etapas del proyecto. En cuanto a la posibilidad de hacerlo, hay muchas formas posibles de hacerlo, y algunos de estos conceptos se enumeran en la Wikipedia sobre la misión de retorno de muestra de Marte: propuestas de la NASA , que enumeran la arquitectura de un lanzamiento con el propulsor de efecto Hall , la arquitectura de dos lanzamientos con orbitador y módulo de aterrizaje con una etapa de retorno y supongo que Mars Orbit Rendezvous, y arquitectura de tres lanzamientos con un rover de recolección de muestras, un orbitador y un Mars Ascent Vehicle (MAV).

Para la última parte de su pregunta, si es posible capturar muestras devueltas en la órbita de la Tierra, creo que lo sería, pero probablemente no sea necesario si está utilizando una arquitectura de dos o incluso tres lanzamientos con un orbitador de Marte almacenando de forma segura muestras devueltas en su cuerpo. La cápsula de retorno de muestra tampoco necesita ser grande y puede construirse para soportar el aerofrenado de la Tierra y desplegar un paracaídas una vez que haya ralentizado lo suficiente su descenso en el reingreso. Por ejemplo, el caché de muestra podría verse así:

   ^{Prototipo de hardware para almacenar en caché muestras de núcleos perforados en rocas marcianas para un posible regreso futuro a la Tierra (Fuente: NASA )}

Por lo tanto, este no es un caché de muestras tan grande que se mantendría en una cápsula de retorno y puede contener 31 muestras con cada núcleo de 0,4 pulgadas (1 centímetro) de diámetro. El problema es que todavía necesitaría una nave espacial para llevar la cápsula de muestra a la Tierra e inyectarla en una trayectoria de reentrada que sea lo suficientemente superficial para que la cápsula no se desintegre en la atmósfera, y sin correcciones constantes, eso sería casi imposible de hacer desde órbita marciana. simplemente lanzandolas muestras de Marte y hacia la Tierra no funcionarían. Si fallas por un nanómetro en tu salida, no llegarás a tu destino donde planeaste, ya sea por perder la Tierra por mucho o por golpearla demasiado directo y tu cápsula se quemará al volver a entrar. Y eso suponiendo que sus cálculos fueran absolutamente precisos para empezar, sin margen de error del que hablar, y sin necesidad de correcciones de trayectoria.

Entonces, si tiene un vehículo motorizado con propulsores a bordo que entrega la cápsula, como su orbitador de Marte o en una arquitectura de lanzamiento único una nave espacial todo en uno, es simplemente más fácil (y más económico) dejarlo caer en una trayectoria balística desde cerca de la Tierra. que cambiar su órbita para encontrarse con otra nave o una estación espacial en la órbita de la Tierra. Especialmente, dado que necesitaría potentes retrocohetes y propulsores para ellos, todos sumando al peso total de su nave espacial, para reducir la velocidad a una órbita más circular adecuada para el encuentro desde lo que sería una órbita altamente elíptica en su regreso a la Tierra.

Ha habido planes para devolver muestras de la superficie de Marte durante los últimos 46 años. Hubo un proyecto iniciado en 1998 para devolver muestras en 2008, pero fue cancelado en 2000 debido a otras fallas en la misión a Marte en 1999.

Actualmente, la primera parte de una misión Mars Sample Return (MSR) está en una planificación seria, que es un almacenamiento en caché de muestra que se lanzará en 2020. Todavía no es una misión aprobada, pero está en camino. Ese primer paso recolectaría núcleos de roca y otras muestras y las almacenaría en una lata, llamada caché, en el rover para su posterior recuperación. Esto es lo más cerca que hemos estado de un proyecto MSR "real" desde 2000.

La misión de 2020 podría ser seguida por otro módulo de aterrizaje, esta vez con un cohete para lanzar las muestras a la órbita de Marte. Luego, un orbitador de retorno podría recoger las muestras en la órbita de Marte, traerlas a la Tierra y enviar un vehículo de entrada con las muestras a la tierra. Esas misiones que están más lejos en el futuro se encuentran en etapas de planificación mucho más incipientes.

Devolver muestras de Marte, aunque es difícil y complicado, es ciertamente posible. Una cosa que ha sido relativamente constante a lo largo de los años es que la muestra recolectada y devuelta sería del orden de 500 gramos de material.

Uno de los requisitos de MSR es no liberar inadvertidamente muestras marcianas en el entorno de la Tierra al entrar o aterrizar. Las muestras deben pasar primero por una instalación de recepción aislada en la Tierra y ser investigadas allí antes de que puedan liberarse en el entorno de la Tierra para un uso más abierto en otros laboratorios. Como resultado, la aproximación más segura parece ser la entrada y el aterrizaje directos, ya que eso se puede hacer con el vehículo más simple, más robusto y con grandes márgenes. Ni siquiera necesita un paracaídas. Entrar en órbita terrestre, ser recuperado por otro vehículo y luego ingresar y aterrizar de manera segura en ese vehículo agrega más modos de falla para la entrada y ruptura involuntaria.

El objetivo es llevar las muestras a los laboratorios de la Tierra, de modo que tarde o temprano tengan que entrar y aterrizar.