Mars felfedezési program - Mars Exploration Program

A Mars Exploration Program ( MEP ) hosszú távú erőfeszítés a Mars bolygó felfedezésére , amelyet a NASA finanszíroz és vezet . Az 1993 -ban alakult európai parlamenti képviselő keringési űrhajókat , leszállókat és marsjárókat használt fel, hogy feltárja a Marson való élet lehetőségeit , valamint a bolygó éghajlatát és természeti erőforrásait . A programot a NASA Tudományos Missziós Igazgatósága irányítja , Doug McCuistion , a Planetary Science Division. A NASA 2013 -as pénzügyi évre szóló költségvetésének 40% -os csökkentése eredményeként megalakult a Mars Programtervező Csoport (MPPG), amely segíti az európai parlamenti képviselőt, és összehozza a NASA technológiai, tudományi, humánműveleti és tudományos misszióinak vezetőit.

Kormányzás

Az 1999 októberében először összehívott Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) lehetővé teszi a tudományos közösség számára, hogy a Mars kutatási programjának megtervezéséhez és rangsorolásához hozzájáruljon. A Mars felfedező missziói, akárcsak a legtöbb NASA misszió, meglehetősen költségesek lehetnek. Például a NASA Curiosity roverjének (2012 augusztusában landolt a Marson) költségvetése meghaladja a 2,5 milliárd dollárt. A NASA célja továbbá, hogy együttműködjön az Európai Űrügynökséggel (ESA) annak érdekében, hogy olyan küldetést hajtson végre, amely magában foglalja a Mars talajmintájának visszatérését a Földre, ami valószínűleg legalább 5 milliárd dollárba kerül, és tíz évig tart.

Célkitűzések

Az asztrobiológia , a klimatológia és a geológia gyakori témák voltak a Mars Exploration Program küldetéseiben, mint például a Mars Exploration Rover (balra) és a Mars Science Laboratory (jobbra)

A NASA szerint az európai parlamenti képviselőnek négy nagy célja van, amelyek mindegyike a Mars életében rejlő lehetőségek megértéséhez kapcsolódik .

Határozza meg, hogy élet keletkezett -e valaha a Marson - Ahhoz, hogy megértsük a Mars lakhatósági potenciálját , meg kell határozni, hogy volt -e élet a Marson , vagy sem , ami a bolygó életre való alkalmasságának felmérésével kezdődik. A „Kövesse a vizet” becenevű európai parlamenti képviselő fő stratégiája az az általános elképzelés, hogy ahol az élet jelen van, ott víz is van (legalábbis a Földön). Valószínűsíthető, hogy ha valaha élet támadna a Marson, akkor vízellátásra lenne szükség, amely jelentős ideig jelen van. Ezért az európai parlamenti képviselő kiemelt célja, hogy olyan helyeket keressen, ahol a víz van, volt vagy lehetséges, mint például a kiszáradt medrek, a bolygófelszín alatt és a Mars sarki jégsapkáiban. A vízen kívül az életnek energiaforrásokra is szüksége van a túléléshez. A szuperoxidok bősége nagyon valószínűtlenné teszi az életet a Mars felszínén, ami lényegében kizárja a napfényt, mint az élet lehetséges energiaforrását. Ezért alternatív energiaforrásokat kell keresni, például geotermikus és kémiai energiát . Ezeket a forrásokat, amelyeket a Földi életformák egyaránt használnak, felhasználhatják a Mars felszíne alatt élő mikroszkopikus életformák . Az élet a Marson is kereshető a múlt és a jelen életének aláírásával vagy biosignaturaival . A relatív szénbőség, valamint a hely és a formák, amelyekben megtalálható, tájékoztathatnak arról, hogy hol és hogyan alakulhatott ki az élet. Továbbá, a karbonát ásványok jelenléte , valamint az a tény, hogy a Mars légköre nagyrészt szén -dioxidból áll , azt mondaná a tudósoknak, hogy a víz elég hosszú ideig lehetett a bolygón ahhoz, hogy elősegítse az élet fejlődését.

A Mars éghajlatának jellemzése - A MEP másik célja a Mars jelenlegi és múltbeli éghajlatának , valamint a Mars klímaváltozását befolyásoló tényezők jellemzése . Jelenleg az ismert, hogy az éghajlatot a Mars jégsapkáinak szezonális változásai, a por légköri mozgása, valamint a felszín és a légkör közötti vízgőzcsere szabályozza. Ezeknek az éghajlati jelenségeknek a megértése azt jelenti, hogy segítünk a tudósoknak hatékonyabban modellezni a Mars múltbeli éghajlatát, ami magasabb fokú megértést eredményez a Mars dinamikájáról.

Jellemezze a Mars geológiáját - A Mars geológiája többek között a rendkívül nagy vulkánok és a kéregmozgás hiánya alapján különböztethető meg a Földétől. Az európai parlamenti képviselő célja, hogy megértse ezeket a különbségeket a Földtől, valamint azt, ahogyan a szél, a víz, a vulkánok, a tektonika, a kráter és más folyamatok alakították a Mars felszínét. A sziklák segíthetnek a tudósoknak leírni a Mars történelmének eseménysorát, meg tudják mondani, hogy rengeteg víz volt -e a bolygón, azonosítva az ásványokat, amelyek csak a vízben képződnek, és megmondhatják, hogy a Marsnak volt -e mágneses tere (amely a Mars felé mutatna) egy ponton dinamikus Föld-szerű bolygó).

Felkészülés a Mars emberi felfedezésére - A Marsra irányuló emberi küldetés hatalmas mérnöki kihívást jelent. Mivel a Mars felszíne szuperoxidokat tartalmaz, és nem tartalmaz magnetoszférát és ózonréteget, hogy megvédje a Nap sugárzásától, a tudósoknak alaposan meg kell érteniük a Mars dinamikájának minél nagyobb részét, mielőtt bármilyen lépést meg lehet tenni az emberek Marsra helyezése felé. .

Kihívások

A Mars vékonyabb légköre megnehezíti az érkező, helyszíni felszíni űrhajók belépését, ereszkedését és leszállását

A Mars felfedező misszióinak történelmileg a legmagasabb volt a NASA -küldetések meghiúsulási aránya, ami e küldetések hatalmas mérnöki kihívásainak és néhány balszerencsének tulajdonítható. Mivel az MEP számos célja az űreszközök (EDL) belépése, ereszkedése és leszállása a Mars felszínére, olyan tényezők jönnek szóba, mint a bolygó légköre, egyenetlen felszíni terepviszonyok és a Mars-szerű környezet tesztelésre történő replikálásának magas költségei. .

A Földhöz képest a Mars légköre körülbelül 100 -szor vékonyabb. Ennek eredményeként, ha egy leszállóhajó leereszkedne a Mars légkörébe, akkor sokkal alacsonyabb magasságban lelassulna, és az objektum tömegétől függően előfordulhat, hogy nincs elég ideje a végsebesség elérésére. A szuper- vagy szubszonikus lassítók telepítéséhez a sebességnek egy küszöb alatt kell lennie, különben nem lesznek hatékonyak. Ezért olyan technológiákat kell kifejleszteni, amelyek lehetővé teszik, hogy a leszálló hajókat eléggé le lehessen lassítani, hogy elegendő idő álljon rendelkezésre a leszállás előtt más szükséges leszállási folyamat végrehajtásához. A Mars légköre jelentősen változik egy Mars -év folyamán , ami megakadályozza, hogy a mérnökök képesek legyenek kifejleszteni egy olyan rendszert az EDL számára, amely minden küldetésben közös. A gyakran előforduló porviharok növelik az alacsonyabb légköri hőmérsékletet és csökkentik a légköri sűrűséget, ami a Mars felszínének rendkívül változó magasságával párosulva kényszeríti a leszállóhely konzervatív kiválasztását annak érdekében, hogy lehetővé tegye a hajók kellő lassítását. Mivel a Mars EDL szekvenciái csak körülbelül 5–8 percig tartanak, a kapcsolódó rendszereknek kétségtelenül megbízhatónak kell lenniük. Ideális esetben ezt az EDL-rendszerek különböző komponenseinek nagyszabású tesztelésével kapott adatok alapján ellenőriznék a Föld-alapú tesztelés során. Mindazonáltal azoknak a környezeteknek a reprodukálásának költségei, amelyekben ezek az adatok relevánsak lennének a Mars környezete szempontjából, jelentősen magasak, ami azt eredményezi, hogy a vizsgálatok pusztán földi alapúak, vagy a korábbi küldetésekből származó technológiákat használó tesztek eredményeit szimulálják.

A Mars gyakran egyenetlen és sziklás terepe miatt jelentős kihívás a leszállás és a bolygó felszínén való áthaladás

A Mars felszíne rendkívül egyenetlen, sziklákat , hegyvidéki terepet és krátereket tartalmaz. A leszállóhajók számára az ideális leszállási terület sík és törmelékmentes. Mivel ezt a terepet szinte lehetetlen megtalálni a Marson, a futóműnek nagyon stabilnak és elegendő hasmagasságúnak kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza a felborulás és a leszállás utáni instabilitás problémáit. Ezen túlmenően ezeknek a leszállóknak a lassítórendszereinek tartalmazniuk kell a talajra mutató tolóerőket. Ezeket a tolóerőket úgy kell megtervezni, hogy csak rendkívül rövid ideig legyenek aktívak; ha aktívak és néhány ezredmásodpercig sziklás talajra mutatnak, árkokat kezdenek ásni, apró sziklákat indítanak a futóműbe, és destabilizáló ellennyomást okoznak a leszállón.

A megfelelő leszállási hely megtalálása azt jelenti, hogy meg lehet becsülni a kőzet méretét a pályáról. A pálya körüli, 0,5 méter átmérő alatti kőzetméret pontos meghatározására szolgáló technológiát még nem fejlesztették ki, ezért ehelyett a kőzetméret -eloszlás a hőtehetetlenséghez való viszonyából következik, a leszállóhely hőreakciója alapján, amelyet a Mars körül keringő műholdak mértek. A Mars Reconnaissance Orbiter abban az értelemben is segít, hogy kamerái 0,5 m -nél nagyobb átmérőjű kőzeteket is látnak. Amellett, hogy a landoló felborulhat lejtős felületekre, a nagy topográfiai jellemzők, mint a dombok, mesák, kráterek és árkok jelentik a földi érzékelőkkel való interferencia problémáját. A radar és a Doppler -radar hamisan mérheti a magasságot a süllyedés során, és a leszállóegység érintési pontját célzó algoritmusok "becsaphatók", hogy túl korán vagy későn engedjék el a landolót, ha a hajó ereszkedés közben áthalad mesákon vagy árkokon.

Történelem

Háttér

A Mars Observer elvesztése 1993 -ban egy összefüggő Mars Exploration Program létrehozását késztette

Míg az ókorban a babiloniak , az egyiptomiak , a görögök és mások is megfigyelték, a Marsot csak a távcső feltalálásakor, a 17. században tanulmányozták alaposan. Az első kísérlet, hogy szondát küldjön a Mars felszínére, becenevén "Marsnik 1" , a Szovjetunió végezte el 1960 -ban. A szonda nem érte el a Föld pályáját, és a küldetés végül sikertelen volt. A misszió célkitűzéseinek elmulasztása gyakori volt a Mars felfedezésére irányuló missziókban; az összes Marsra szánt űrhajó nagyjából kétharmada kudarcot vallott, mielőtt bármilyen megfigyelés megkezdődhetne. Maga a Mars Exploration Program hivatalosan a megbukott Mars Observer nyomán jött létre 1992 szeptemberében, amely a NASA első Mars-küldetése volt az 1975-ös Viking 1 és Viking 2 projektek óta. kereskedelmi kommunikációs műhold (azaz a SES Astra 1A műholdja) hasznos eszközöket hordozott, amelyek célja a Mars geológiájának, geofizikájának és éghajlatának tanulmányozása a pályáról. A küldetés 1993 augusztusában ért véget, amikor három nappal az űrhajó pályára állása előtt megszakadt a kommunikáció .

2000 -es évek

A 2000-es években a NASA létrehozta a Mars Scout Programot, mint kampányt a Mars Exploration Program keretében, hogy kis, alacsony költségű robotmissziókat küldjön a Marsra , amelyeket a tudományos közösség innovatív javaslatai közül versenyképesen választott ki, 485 millió USD költségvetési kerettel. . Ennek a programnak az első robot űrhajója a Phoenix volt , amely eredetileg a lemondott Mars Surveyor 2001 küldetéshez gyártott leszállót használt . A Phoenix egyike volt a 25 döntőből kiválasztott négy döntősnek. A négy döntős a Phoenix, a MARVEL, a SCIM ( Sample Collection for Investigation of Mars ) és az ARES ("Aerial Regional-scale Environmental Survey") Mars repülőgép volt. A SCIM minta-visszatérési küldetés volt, amely szabadon visszatérő pályát és léggélt használt volna a Mars porának befogására és a Földre való visszavezetésére (lásd még: a Csillagpor küldetése). A MARVEL olyan pálya volt, amely a vulkanizmust kereste volna, valamint elemezte a Mars légkörének különböző összetevőit. A név a Mars vulkáni kibocsátás és a Life Scout rövidítése , és az életből származó gázok észlelésére volt hivatott, ha az ott van. Az ARES repülőgép -koncepció volt a Mars számára az alsó légkör és a felszín tanulmányozására. 2008. szeptember 15 -én a NASA bejelentette, hogy a MAVEN -t választotta a második küldetésre. Ennek a küldetésnek a költségvetése nem haladta meg a 475 millió USD -t. Mindössze két kiválasztás után a NASA Tudományos Igazgatósága 2010-ben bejelentette, hogy a Mars Scout-ot beépítik a Discovery programba , amelyet újra kiterjesztettek a Mars-missziók javaslatára. Az InSight -ot, a Mars szeizmológiai és geológiai küldetését végül a tizenkettedik Discovery program missziónak választották.

Javasolt Mars Scout program küldetések (2003–2010)
Küldetés neve	Leírás
A nagy menekülés (TGE)	A küldetés közvetlenül meghatározta volna a marsi légkörfejlődés alapvető folyamatait a felső légkör szerkezetének és dinamikájának mérésével. Ezenkívül potenciálisan biogén légköri összetevőket, például metánt is mértek volna. A fő kutató Alan Stern, Southwest Research Institute, Boulder, Colorado. A délnyugati kutatóintézet, San Antonio biztosította volna a projektmenedzsmentet.
Artemisz	Ez a küldetés akár négy csészealj alakú, 0,61 méter átmérőjű leszállógépet indíthat el a Mars körül keringő "anyahajóról". Mindegyikük ejtőernyővel a felszínre elemezve a talajt és a légkört. A négy landoló közül kettőt a sarki régiókra céloznának.
ARES	Ez a küldetési koncepció azt javasolta, hogy pilóta nélküli repülőgépet küldjenek a marsi légkörbe a bolygó megfigyelésére.
Chronos	Ez a küldetés egy szondából állna, amelyet úgy terveztek, hogy fűtött fúvókák segítségével olvadjon el egy sarki jégsapkán. 91 méterrel a felszín alatt haladna, és elemzi az olvadt vizet, hogy meghatározza a Mars éghajlati történetét.
KittyHawk	Ez a küldetés három vagy négy szárnyas vitorlázógépet hozna létre körülbelül 1,83 méter szárnyfesztávolsággal, és felfedezné a Valles Marineris kanyonrendszert . A vitorlázógépek infravörös spektrométereket és kamerákat hordoznának.
BŐG	A infravörös teleszkópok a Földön, és egy spektrométer a Mars Express Orbiter , metán -ban fedezték fel a marsi légkörben. A metán jelenléte a Marson nagyon érdekes, mivel instabil gázként azt jelzi, hogy a bolygón aktív gázforrásnak kell lennie. A legújabb kutatások azt sugallják, hogy a metán megsemmisítésének élettartama ~ 4 Földév és ~ 0,6 Földév. Mindkét esetben a metán megsemmisítési élettartama sokkal rövidebb, mint a fotokémiai ( UV -sugárzás) megsemmisítésre becsült időtartam (~ 350 év) . A Mars Organics Observer egy pálya segítségével jellemezné a marsi metánt: hol bocsátják ki, mennyit és milyen gyakran bocsátják ki.
A Naiades	A görög mitológiából származó források, tavak és folyók nimfáiról elnevezett küldetés két partraszállót küld egy olyan régióba, amely valószínűleg felszín alatti vizeket rejt. A leszállók alacsony frekvenciájú elektromágnesek és más műszerek segítségével keresnék a talajvizet.
SCIM	Egy minta -visszatérő küldetés, amely röviden átjut a marsi légkörbe, hogy felszívjon körülbelül 1000 porszemet és néhány liter levegőt anélkül, hogy lelassítaná a menekülési sebességet.
THOR	A NASA Deep Impact -hez hasonlóan ez a küldetés két rézgömböt ütne a Mars felszínére, hogy krátereket hozzon létre egy olyan régióban, amelyről ismert, hogy vízjeges, és esetleg folyékony víz, néhány méterrel a felszín alatt. Egy kísérő pálya elemzi a krátereket a pályáról. Bár ezt a küldetést nem választották ki, később jég volt megfigyelhető friss természeti hatásokban.
Urey	Ez a küldetés egy lander/rover párost igényel, amely a kőzetek korának elemzésére szolgál. A Cerberus Highlands régiót célozná meg , és konkrét ásványokat keresne, amelyek segítenek a tudósoknak összehasonlítani a Mars és a Hold kráterét.
CSODA	A spektrométeres Orbiter a vulkáni kibocsátásokat és az életet keresné
CryoScout	Olvadék szonda jégsapkákhoz
Pascal	24 mini időjárás állomás. A Discovery Programban is javasolt .
MEO	Mars Environmental Orbiter - tanulmányozza a légkört és a hidrológiát
MACO	Mars Atmospheric Constellation Observatory - a mikroszatellitok hálózata tanulmányozza a légkört
MSR	Mars Scout Radar-szintetikus nyílású radar (SAR) a felszín alatti rész tanulmányozásához
Jégeső	Hat Deep Space 2 -hez hasonló kemény ütésű leszálló, felszín alatti behatolókkal

2010 -es évek

A NASA bolygótudományi részlegének költségvetésében jelentős, 300 millió dolláros csökkentés történt a 2013 -as pénzügyi évben, ami miatt az ügynökség visszavonta az ESA ExoMars programjában való részvételét , és átértékelte a Mars kutatási programját. 2012 februárjában Washingtonban összehívták a Mars Programtervező Csoportot (MPPG), hogy megvitassák a 2018 -as vagy 2020 -as indulási időszakra vonatkozó jelölt küldetési koncepciókat, a Mars Next Generation néven ismert kezdeményezés keretében. Az MPPG célja az volt, hogy olyan programszintű architektúra alapjait fejlessze ki a Mars robotfeltárására, amely összhangban van Obama kormányának azzal a kihívásával, hogy az embereket a 2030-as évek évtizedében küldje el a Mars pályájára , de továbbra is reagál az elsődleges tudományos célokra. az NRC 2011 -es évtizedes bolygótudományi felmérése. Az MPPG nem konszenzusos, a NASA közalkalmazotti és vállalkozói alkalmazottainak egyéni hozzájárulásait használta fel, az ebből eredő döntések a NASA kizárólagos felelőssége.

Az MPPG azonnali fókuszában a 2018 -as és 2020 -as Mars -indítási ablak több küldetés -koncepciójának összegyűjtése állt. A 700 millió dolláros költségvetési keretben , beleértve a hordozórakétát is, feltételezték, hogy a küldetés egy pályára korlátozódik . A 2018-2024-es időszakban a korai küldetéstervezés során figyelembe vették a közel-távú ötleteket, míg a középtávú és a hosszú távú ötletek a program szintű architektúra-tervezést jelentették 2026-ra és azt követően. Az ilyen küldetés során feltárt stratégiák között szerepelt egy mintavételi misszió, ahol a talajmintákat a 2020-as évek végén vagy a 2030-as évek elején helyezik el a Mars pályájára, helyszíni talajelemzés, valamint a Mars felszínének és mély belsejének vizsgálata a minta-visszatérés előtt misszió és/vagy legénységi küldetés. A tanulmányozott koncepciós küldetések, amelyek megfeleltek a 700 millió dollár és 800 millió dollár közötti költségvetési igénynek, magukban foglalják a Next Mars Orbiter (NeMO), amely helyettesíti az öregedő műholdak távközlési szolgáltatásait, és egy helyhez kötött leszállóegységet, amely megvizsgálja és kiválasztja a mintákat, amelyek alkalmasak a későbbi visszatérésre a Földre. . Az MPPG megállapításait megelőzően a Ház Előirányzatok Bizottsága Kereskedelmi-Igazságügyi-Tudományos Albizottsága 2012 áprilisában jóváhagyott egy olyan költségvetést, amely 150 millió USD-t visszaállított a Planetary Science költségvetésébe, azzal a megkötéssel, hogy mintavételi küldetést kell megbízni. Az MPPG zárójelentését 2012 augusztusában készítették el és szeptemberben tették közzé. A minta-visszaküldési missziót végül jóváhagyó ajánlás befolyásolta a NASA FY2014 költségvetési folyamatát.

Küldetések

Lista

Küldetés	Jármű	Dob	Orbitális behelyezés/leszállás dátuma	Indítsa el a járművet	Állapot	Időtartam
A Mars globális felmérője	A Mars globális felmérője	1996. november 7., 17:00 UTC	1997. szeptember 11. 01:17 UTC	Delta II 7925	Befejezve	3 647 nap
Mars Surveyor '98	Mars Climate Orbiter	1998. december 11., 18:45 (UTC)	1999. szeptember 23. 09:00 UTC (sikertelen)	Delta II 7425	Kudarc	286 nap
Mars Surveyor '98	Sarkvidéki Mars	1999. január 3., 20:21 UTC	1999. december 3., 20:15 UTC (sikertelen)	Delta II 7425	Kudarc	334 nap
2001 Mars Odyssey	Mars Odüsszeia	2001. április 7., 15:02 UTC	2001. október 24., 12:21 UTC	Delta II 7925-9,5	Működési	7489 nap
Mars Exploration Rover	Szellem	2003. június 10., 17:58 (UTC)	2004. január 4., 04:35 UTC	Delta II 7925-9,5	Befejezve	2695 nap
Mars Exploration Rover	Lehetőség	2003. július 7., 03:18 UTC	2004. január 25. 05:05 UTC	Delta II 7925H-9,5	Befejezve	5498 nap
Mars Reconnaissance Orbiter	Mars Reconnaissance Orbiter	2005. augusztus 12., 11:43 UTC	2006. március 10. 21:24 UTC	Atlas V 401 ( AV-007 )	Működési	5898 nap
Főnix	Főnix	2007. augusztus 4. 09:26 UTC	2008. május 25. 23:53 UTC	Delta II 7925	Befejezve	457 nap
Mars Tudományos Laboratórium	Kíváncsiság	2011. november 26., 15:02 (UTC)	2012. augusztus 6. 05:17 UTC	Atlas V 541 ( AV-028 )	Működési	3238 nap
MAVEN	MAVEN	2013. november 18., 18:28 UTC	2014. szeptember 22., 02:24 UTC	Atlas V 401 ( AV-038 )	Működési	2 881 nap
InSight	InSight	2018. május 5., 11:05 UTC	2018. november 26., 19:52 UTC	Atlasz V 401	Működési	1047 nap
Mars 2020	Kitartás	2020. július 30., 11:50 (UTC)	2021. február 18., 20:55 UTC	Atlas V 541 ( AV-088 )	Működési	232 nap
Mars 2020	Találékonyság	2020. július 30., 11:50 (UTC)	2021. február 18., 20:55 UTC	Atlas V 541 ( AV-088 )	Működési	187
Mars Exploration Ice Mapper	Mars Exploration Ice Mapper	2026	2027	TBD	Javasolt	N/A