Mars Exploration Bemühungen der NASA zum Betrieb bestehender Missionen und Planung der Probenrückgabe

WASHINGTON - Mit nur wenigen neuen Missionen in der Entwicklung verschiebt sich das Mars-Explorationsprogramm der NASA hin zu laufenden Missionen und zur Technologieentwicklung, um eine eventuelle Probenrückkehr zu unterstützen.

Der Budgetvorschlag der NASA für das Haushaltsjahr 2019 fordert 601,5 Millionen Dollar für das Programm, das mehrere derzeit laufende Missionen und den Mars 2020 Rover in der Entwicklung umfasst. Diese Zahl ist gegenüber den 647 Millionen US-Dollar im Geschäftsjahr 2017 rückläufig, was den Fortschritt von Mars 2020 widerspiegelt.

Der Budgetvorschlag für 2019 enthält weitere 22,3 Millionen US-Dollar für den Betrieb der InSight Mars-Lander, die Teil des Discovery-Programms der Organisation für planetare wissenschaftliche Missionen außerhalb des Mars-Explorationsprogramms sind. InSight wird voraussichtlich am 5. Mai starten und auf dem Mars am 26. November landen. [Die besten (und schlechtesten) Marslandungen aller Zeiten]

Mars 2020, das einzige andere Mars-Raumfahrzeug in Entwicklung, macht 348 Millionen Dollar der 601,5 Millionen Dollar in der Anfrage aus. Das Projekt soll in der Woche vom 26. Februar einer Überprüfung der Systemintegration unterzogen werden, sagte Jim Watzin, Leiter des Mars-Explorationsprogramms am NASA-Hauptquartier, bei einem Treffen der Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) am 20. Februar. Diese Überprüfung hält die Mission für einen Start im Juli 2020 im Zeitplan.

Mars 2020 wurde entwickelt, um Mars-Gesteins- und Regolith-Proben für die spätere Rückkehr zur Erde zwischenzuspeichern. Die Agentur hat jedoch noch nicht offiziell mit der Entwicklung der Missionen begonnen, die Mars 2020 folgen würden, um die Proben von der Marsoberfläche zu holen und zur Erde zurückzubringen.

Der Budgetvorschlag enthält eine Zeile für "Mars Future Missions" mit einer Anfrage für 50 Millionen US-Dollar im Jahr 2019. Die Mittel dienen dazu, die Arbeit an Schlüsseltechnologien zu unterstützen, die für künftige Probenrückführungseinsätze benötigt werden.

"Einer der Höhepunkte im planetarischen Wissenschaftsbudget war die Hinzufügung von Planungen für eine mögliche Mars-Rückführungsmission", sagte Watzin auf dem MEPAG-Treffen. "Das sind wirklich gute Neuigkeiten für uns, damit wir uns ernsthaft damit beschäftigen."

Die NASA enthüllte im August 2017 eine allgemeine Architektur für das, was sie "Lean Sample Return" nennt. Dies erfordert den Start eines Landers und eines Rovers, um die von Mars 2020 im Cache gespeicherten Proben zu sammeln und in einen Container zu bringen, der von einem Aufstiegsfahrzeug. Ein Orbiter würde sich mit ihm treffen und diesen Behälter ergreifen und ihn zur Erde zurückbringen.

Viele Details darüber, wie diese Missionen entwickelt würden, und sogar ihre Anforderungen werden noch untersucht. "Grundsätzlich müssen wir unsere Anforderungen an die Mission flexibel gestalten", sagte Watzin. "Wir sind möglicherweise nicht in der Lage, alles zu tun, was jeder bei dieser speziellen Mission wollte, und wir werden Kosten, Risiko und Leistung als einen wesentlichen Teil des Handelsraums betrachten, wenn wir uns das ansehen."

Die Technologieentwicklung sei bereits im Gange, um wichtige Fragen zu klären, die sowohl mit dem Probenahme-Lander als auch mit dem Probensammel-Orbiter zusammenhängen. Ein besonderer Fokus lag auf den Technologien, die für die Mars-Aufstiegsfahrzeugrakete benötigt werden, und auf der Fähigkeit des Orbiters, sich mit dem von dieser Rakete abgeschossenen Probenkanister zu treffen.

Diese Bemühungen haben einige Fortschritte gemacht, sagte Chad Edwards vom Mars Exploration Program auf dem MEPAG-Treffen. Dies beinhaltet eine Entscheidung über das Design des Aufstiegsfahrzeugs, das eine einstufige Rakete mit Hybridantrieb sein wird, ein auf Paraffin basierender Festbrennstoff, der als SP7 bekannt ist, zusammen mit gemischten Oxiden von Stickstoff als flüssigem Oxidationsmittel. Dieses Fahrzeug wäre in der Lage, einen 12 Kilogramm schweren Probenbehälter in eine 350 Kilometer lange Umlaufbahn um den Planeten zu bringen.

Andere Arbeiten umfassen die Untersuchung, ob ein elektrischer oder chemischer Antrieb zum Manövrieren verwendet werden sollte, um sich mit dem Probenbehälter zu treffen. "Dies wird zu einem Handel zwischen Masse und Zeit", sagte er. Der elektrische Antrieb bietet eine geringere Masse als die kürzeren Manövrierzeiten, die der chemische Antrieb bieten kann.

"All diese Technologien sind auf dem richtigen Weg, um bereits im Jahr 2026 den Start des Probenrückholungs-Landers und des Probenrückführ-Orbiters zu unterstützen", sagte Edwards. Der Haushaltsvorschlag der Verwaltung sieht jedoch keinen bestimmten Zeitpunkt für den Beginn dieser Missionen vor. Die in dem Vorschlag enthaltenen Haushaltsprojektionen halten die künftige Missionslinie bis 2023 auf 50 Millionen Dollar pro Jahr, fast sicher nicht ausreichend, um die Entwicklung von Raumfahrzeugen zu unterstützen, deren kombinierte Kosten wahrscheinlich weit über einer Milliarde Dollar liegen werden.

Jim Green, Direktor der NASA-Abteilung Planetenforschung, sagte auf der Sitzung des Planetary Science Advisory Committee am 21. Februar, dass die zukünftige Finanzierung davon abhängen würde, wie die Mars-Sample-Return-Architektur Gestalt annimmt, einschließlich potenzieller Rollen von kommerziellen und internationalen Partnern.

"Ohne eine Vorwärts-Architektur, für die wir eigentlich nur ein rudimentäres Budget bekommen, wird uns nicht nur Geld gegeben, damit es herumliegt", sagte er. "Wir haben viel zu tun, um herauszufinden, welche Elemente des Programms ausgeführt werden und wer was tun wird, bevor wir ein Budget erstellen können."

Aktuelle Missionen und andere Konzepte

Der Rest des Budgets für das Mars-Explorationsprogramm dient der Unterstützung laufender Missionen, der Entwicklung eines Instruments, das auf dem Landegerät ExoMars 2020 der Europäischen Weltraumorganisation landen wird, und anderer wissenschaftlicher und technischer Arbeiten.

"Alle unsere Missionen sind gesund, aber viele von ihnen sind lange in den Zähnen", sagte Watzin bei einem Treffen des Planetary Science Advisory Committee am 22. Februar. Der jüngste, der Mars-Atmosphären- und Volatile EvolutioN (MAVEN) Orbiter, ist seit September 2014 auf dem Mars. Der älteste, der Mars Odyssey Orbiter, erreichte im Oktober 2001 den Mars.

Diese Raumfahrzeuge sind zwar gesund, aber nicht ohne Probleme.Ingenieure arbeiten seit etwa einem Jahr an Problemen mit der Bohrmaschine auf dem Curiosity-Rover und entwickeln schließlich eine alternative Methode, die Bohrmaschine zur Lösung dieser Probleme einzusetzen. Die erste Operation des Bohrers mit dieser alternativen Technik sollte innerhalb von Tagen stattfinden, sagte er.

Der Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), der seit fast 12 Jahren im Orbit ist, hatte kürzlich ein Spannungsproblem mit seinen Batterien, die das Raumschiff für einige Tage in einen Standby-Modus brachten. Das hielt ihn davon ab, Beobachtungen durchzuführen oder als Kommunikationsrelais für die Rover von Curiosity und Opportunity zu dienen. Die Bedeutung der MRO und ihres Alters veranlasste die NASA, Konzepte für eine Mars-Orbiter-Mission zu untersuchen, die im Jahr 2022 starten könnte, um die Rolle der MRO in der Bildgebung und Kommunikation zu übernehmen, aber diese Pläne werden nicht weiter verfolgt.

"Wir haben gesunde Treibstoffreserven an Bord, und jetzt besteht die vor uns liegende Herausforderung darin zu sehen, wie lange wir das Leben und den Nutzen dieser Mission verlängern können", sagte Watzin von MRO.

Die NASA geht mit Plänen voran, die Umlaufbahn des MAVEN-Orbiters so zu verändern, dass er als Kommunikationsrelais dient. Watzin sagte, das Raumschiff, das jetzt in seiner erweiterten Mission ist, wird die Apoapsis oder den weitesten Punkt der Umlaufbahn des Raumfahrzeugs im Jahr 2019 von derzeit 6.200 Kilometern auf 4.000 bis 4.500 Kilometer senken. Diese niedrigere Umlaufbahn wird MAVEN in eine bessere Position versetzen, um eine Staffel zu sein, während es ihm erlaubt, seine wissenschaftliche Mission fortzusetzen.

Während große Missionen jenseits von Mars 2020 außer zukünftigen Probenrückführungs-Missionen nicht in Betracht gezogen werden, werden Mars-Missionen untersucht. Watzin beschrieb auf der MEPAG-Konferenz ein Konzept namens Mars Micro Orbiter, das von einem Team um Mike Malin von Malin Space Science Systems entwickelt wurde. Das Raumfahrzeug ist ein CubeSat mit 12 Einheiten, das als Sekundärnutzlast starten und den Bordantrieb nutzen würde, um in den Orbit um den Mars zu fliegen und dort eine globale Umweltüberwachung durchzuführen. Die Mission wird im März einer vorläufigen Design-Überprüfung unterzogen, sagte er, obwohl er seinen Status darüber hinaus nicht diskutierte.

Ein anderes Konzept, das in den letzten Jahren entwickelt wurde, ist ein kleiner Helikopter, der auf einer Rover-Mission wie Mars 2020 fliegen kann und als Scout dient. Tests des Konzepts, einschließlich das Fliegen in einer Kammer bei Mars atmosphärischen Bedingungen, waren vielversprechend, sagte Watzin.

Die NASA hat jedoch keine Entscheidung getroffen, sie auf dem Mars 2020 zu veröffentlichen. "Es gibt sicher eine Chance", sagte er auf dem MEPAG-Meeting, als er gefragt wurde, ob er auf dieser Mission fliegen könne. Eine Entscheidung würde wahrscheinlich in ein oder zwei Monaten kommen, fügte er hinzu.

Green sagte, dass die Entscheidung, den Hubschrauber in Mars 2020 aufzunehmen, sowohl von seinem technischen Fortschritt als auch von einem "angemessenen Budget" abhängen wird, um seine Entwicklung abzuschließen. "Es geht durch seine Bewertungen. Bis jetzt geht es gut", sagte er. "Es hat einen Weg zu gehen."