Kontrakt w programie Mars Sample Return. Misja kosmicznego kuriera próbek

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wybrała Airbusa na głównego wykonawcę pierwszego statku kosmicznego Earth Return Orbiter (ERO), który dostarczy próbki gruntu z Marsa na Ziemię w ramach misji Mars Sample Return (MSR). Program jest wspólnym przedsięwzięcie ESA i NASA oraz kolejnym krokiem w eksploracji tej planety. Jego wstępną częścią jest wystrzelony niedawno amerykański łazik marsjański Perseverance.

Jej kolejne składniki to właśnie ERO i inny, pomniejszy łazik eksploracyjny Sample Fetch Rover (SFR) - dwa główne europejskie elementy MSR. Oba zostaną zaprojektowane i zbudowane przez koncern Airbus. Ramię manipulacyjne (STA), które posłuży do przekazania próbek z SFR do pojazdu wynoszącego pobraną materię z powierzchni planety - Mars Ascent Vehicle (MAV) - to także ważne europejskie urządzenie w programie MSR. Wartość kontraktu na ERO wynosi 491 mln EUR.

Podczas pięcioletniej misji statek kosmiczny poleci w stronę Marsa, gdzie będzie działał jako przekaźnik telekomunikacyjny do zarządzania sprzętem pracującym na powierzchni planety, przechwyci próbki gruntu po wyniesieniu ich przez MAV na orbitę i bezpiecznie dostarczy je na Ziemię. Próbki będą zbierane przez SFR (dla którego Airbus zaczął już fazę badań) i przed opuszczeniem Marsa trafią na przechowywanie w szczelnych biologicznie probówkach.

Projektując i budując ERO inżynierowie Airbusa wykorzystają wiedzę z dziedziny autonomicznych przechwyceń i dokowania statków kosmicznych, zdobytą dzięki doświadczeniom w nawigacji optycznej oraz technologiom z pojazdu ATV (Automated Transfer Vehicle) i nowym doświadczeniom z przygotowań do misji JUICE - pierwszej europejskiej wyprawy w kierunku Jowisza.

Chcąc zapewnić sukces nowemu przedsięwzięciu, wykorzystamy całość doświadczenie zdobytego podczas misji Rosetta, Mars Express, Venus Express, Gaia, ATV, BepiColombo i JUICE. Sprowadzenie próbek gruntu marsjańskiego na Ziemię będzie niezwykłym wyczynem, wymagającym rozwoju nauki o podróżach międzyplanetarnych.

Statek kosmiczny ERO ma dysponować masą 6 ton i wysokością 6 m. Sprzęt zostanie wyniesiony w kosmos rakietą Ariane 6 w 2026 roku. Wyposażony będzie w baterie słoneczne o powierzchni 144 m² i rozpiętości ponad 40 m - jedne z największych, jakie kiedykolwiek zbudowano. Na Marsa dotrze po około roku.

W podróży wykorzysta hybrydowy układ napędowy, stanowiący połączenie napędu elektrycznego (dla faz przelotu i opadania na Marsa) oraz napędu chemicznego (dla fazy wchodzenia na orbitę Marsa). Po przybyciu na orbitę Czerwonej Planety zapewni łączność z łazikiem NASA Perseverance Rover i lądownikiem Sample Retrieval Lander (SRL), dwoma zasadniczymi elementami misji MSR.

W drugim etapie misji ERO będzie musiał wykryć, zbliżyć się do i przechwycić obiekt wielkości piłki do koszykówki, zwany Zasobnikiem Orbitującym (OS), w którym znajdą się probówki z gruntem pobranym przez SFR - wszystko to w odległości ponad 50 mln kilometrów od naziemnej stacji kontroli. Po przechwyceniu probówki zostaną powtórnie odizolowane od wpływu biologicznego i umieszczone wewnątrz pojazdu wracającego na Ziemię (EEV), który będzie trzecią warstwą gwarantującą, że cenne próbki dotrą do powierzchni Ziemi w stanie nienaruszonym i zapewnią maksymalne korzyści naukowe.

Powrót na Ziemię zajmie ERO kolejny rok. Gdy pojazd znajdzie się na orbicie wokół naszej planety, wyśle ​​EEV po precyzyjnej trajektorii w kierunku określonego miejsca lądowania, po czym odleci, by zająć stabilną orbitę wokół Słońca. Natomiast próbki po wylądowaniu na Ziemi trafią do specjalistycznego zakładu na kwarantannę. Po otwarciu probówek zostaną wykonane wstępne pomiary w celu stworzenia szczegółowego katalogu, umożliwiającego skierowanie określonych części materiału do specjalistycznych badań naukowych.

Airbus będzie ogólnie odpowiedzialny za misję ERO, budowę statku kosmicznego w Tuluzie i przeprowadzenie analizy misji w Stevenage. Ważną rolę w montażu statku kosmicznego, opracowaniu systemu łączności i zapewnieniu modułu wejścia na orbitę planetarną odegra również Thales Alenia Space z Turynu. Natomiast silniki jonowe RIT-2X, umożliwiające pokonanie podróży Ziemia-Mars-Ziemia, dostarczy ArianeGroup.

Mars Sample Return to zestaw trzech osobno uruchamianych misji, które razem pozwolą na dostarczenie próbek z Marsa na Ziemię przed końcem 2031 roku. Kierowany przez NASA łazik Mars 2020, znany jako Perseverance, został wystrzelony w kosmos w lipcu 2020 roku i ma dotrzeć na planetę w lutym 2021 roku. Pozyska próbki gruntu Marsa, umieści je w szczelnych w probówkach i zostawi w jednym lub kilku miejscach zbiorczych do późniejszego pobrania przez lądownik SRL i jego europejski łazik do zbierania próbek.

Zarządzany przez NASA lądownik SRL opuści Ziemię w 2026 roku. Będzie się składać z platformy lądującej z europejskim robotycznym ramieniem do przenoszenia próbek (STA), łazika do pobierania próbek (SFR) i pojazdu wynoszącego Mars Ascent Vehicle (MAV). Platforma wyląduje w bliskim sąsiedztwie magazynu probówek w kraterze Jezero.

Łazik SFR zlokalizuje i zbierze probówki, po czym wróci do platformy lądującej. Ramię STA przeniesie probówki z materiałem gruntowym do zasobnika Orbiting Sample (OS), a następnie załaduje OS na pokład MAV. MAV wyniesie OS na orbitę Marsa, gdzie będzie czekał na ich przechwycenie orbiter powrotny ERO. Będzie przenosił sterowany przez NASA zestaw przechwytująco-izolująco-powrotny (Capture, Containment and Return System - CCRS), który przejmie i zabezpieczy pod względem biologicznym zasobnik OS. Na pokładzie ERO znajdzie się także pojazd powrotny (Earth Entry Vehicle - EEV).

Po zbliżeniu się do naszej planety ERO wypuści lądownik EEV, który lecąc według odpowiedniej trajektorii wyląduje na pustyni w stanie Utah, skąd próbki marsjańskiego gruntu trafią do punktu przyjęcia i kwarantanny.

Źródło: ESA/Airbus