Чи врятує інновація SpaceX марсіанську місію NASA?

Місія NASA Mars Sample Return бореться зі зростаючими витратами та відкладеним графіком, що спонукає приватний сектор до пошуку більш ефективних методів для забезпечення її виконання. Важлива місія NASA з пошуку життя за межами Землі, Mars Sample Return, має проблеми. Його бюджет зріс з 5 мільярдів доларів США до понад 11 мільярдів доларів США, а дата повернення зразка може зрушитися з кінця цього десятиліття до 2040 року.

Ця місія стане першою, яка спробує повернути зразки гірських порід з Марса на Землю, щоб вчені могли проаналізувати їх на наявність ознак минулого життя.

Адміністратор NASA Білл Нельсон під час прес-конференції 15 квітня 2024 року заявив, що місія в її нинішньому вигляді є надто дорогою та надто повільною. NASA дало приватним компаніям місяць, щоб подати пропозиції щодо повернення зразків швидшим і доступнішим способом.

Як астроном, який вивчає космологію та написав книгу про перші місії на Марс, я спостерігав за розгортанням саги про повернення зразків. Марс є найближчим і найкращим місцем для пошуку життя за межами Землі, і якщо ця амбітна місія NASA не вийде, вчені втратять шанс дізнатися більше про червону планету.

Населеність Марса

Перші місії NASA, які досягли поверхні Марса в 1976 році, показали, що планета виглядає як холодна пустеля, непридатна для життя без густої атмосфери, яка б захищала життя від ультрафіолетового випромінювання Сонця. Але дослідження, проведені протягом останнього десятиліття, показують, що планета могла бути набагато теплішою та вологішою кілька мільярдів років тому.

Марсоходи Curiosity і Perseverance показали, що раннє середовище планети було придатним для життя мікробів. Вони знайшли хімічні будівельні блоки життя та ознаки поверхневих вод у далекому минулому. Curiosity, який приземлився на Марс у 2012 році, досі активний; його близнюк Perseverance, який приземлився на Марс у 2021 році, відіграватиме вирішальну роль у місії повернення зразків.

Навіщо астрономам потрібні зразки Марса

Вперше NASA шукало життя в камені Марса в 1996 році. Вчені стверджували, що вони виявили мікроскопічні скам’янілості бактерій у марсіанському метеориті ALH84001. Цей метеорит є шматочком Марса, який приземлився в Антарктиді 13 000 років тому і був знайдений у 1984 році. Вчені не дійшли згоди щодо того, чи дійсно метеорит коли-небудь містив біологію, і сьогодні більшість учених погоджуються, що немає достатньо доказів того, що порода містить скам’янілості.

За останні 40 років на Землі було знайдено кілька сотень марсіанських метеоритів. Це безкоштовні зразки, які впали на Землю, тому, хоча їх вивчення може здатися інтуїтивно зрозумілим, вчені не можуть сказати, звідки на Марсі взялися ці метеорити. Крім того, їх злетіло з поверхні планети в результаті ударів, і ці насильницькі події могли легко знищити або змінити ледве помітні докази життя в скелі.

Ніщо не замінить повернення зразків із регіону, який, як відомо, був гостинним до життя в минулому. У результаті агентство зіткнулося з ціною в 700 мільйонів доларів за унцію, що робить ці зразки найдорожчим матеріалом, який коли-небудь збирався.

Переконлива та складна місія

Повернення каменів Марса на Землю є найскладнішою місією, яку коли-небудь намагалося зробити NASA, і перший етап уже розпочато.

Perseverance зібрав понад два десятки зразків гірських порід і ґрунту, поклавши їх на дно кратера Єзеро, регіону, який, ймовірно, колись був затоплений водою і міг містити життя. Марсохід поміщає зразки в контейнери розміром з пробірки. Коли марсохід заповнить усі пробірки із зразками, він збере їх і доставить до місця, де приземлиться апарат НАСА для збору зразків. До складу Sample Retrieval Lander входить ракета для доставки зразків на орбіту навколо Марса.

Європейське космічне агентство розробило Earth Return Orbiter, який зустрінеться з ракетою на орбіті та захопить контейнер для зразків розміром з баскетбольний м’яч. Потім зразки будуть автоматично запечатані в систему біоутримання та перенесені в капсулу для входу в Землю, яка є частиною орбітального апарату Earth Return Orbiter. Після довгої подорожі додому вхідна капсула спуститься на парашуті на поверхню Землі.

Складна хореографія цієї місії, яка включає марсохід, посадковий модуль, ракету, орбітальний апарат і координацію двох космічних агентств, є безпрецедентною. Це винний у зростанні бюджету та тривалому графіку.

Зразок повернення розбиває банк

Mars Sample Return пробила діру в бюджеті NASA, що загрожує іншим місіям, які потребують фінансування. Центр NASA, що стоїть за місією, Лабораторія реактивного руху, щойно звільнив понад 500 співробітників. Цілком ймовірно, що бюджет Mars Sample Return частково спричинив звільнення, але вони також звелися до того, що Лабораторія реактивного руху переповнила планетні місії та постраждала від скорочення бюджету.

Протягом останнього року доповідь незалежної перевірочної комісії та доповідь Управління генерального інспектора НАСА викликали глибоке занепокоєння щодо життєздатності місії з повернення зразків. Ці звіти описували структуру місії як надто складну та відзначали такі проблеми, як інфляція, проблеми з ланцюгом поставок та нереалістичні витрати та оцінки графіка.

NASA також відчуває жах від Конгресу. На 2024 фінансовий рік Комітет Сенату з асигнувань скоротив бюджет NASA на науку про планети більш ніж на півмільярда доларів. Якщо НАСА не зможе втриматися від витрат, місію можуть навіть скасувати.

Нестандартне мислення

Зіштовхнувшись із цими проблемами, NASA закликало приватну промисловість до інноваційних проектів з метою зменшення вартості та складності місії. Пропозиції потрібно надіслати до 17 травня, що є надзвичайно стислим терміном для такого складного проєктування. І приватним компаніям буде важко вдосконалити план, який експерти Лабораторії реактивного руху розробляли протягом десяти років.

Важливим потенційним гравцем у цій ситуації є комерційна космічна компанія SpaceX. NASA вже співпрацює зі SpaceX щодо повернення Америки на Місяць. Для місії Artemis III SpaceX спробує висадити людей на Місяць вперше за понад 50 років. Однак масивна ракета Starship, яку SpaceX використовуватиме для Artemis, пройшла лише три випробувальні польоти та потребує значної додаткової розробки, перш ніж NASA довірить їй людський вантаж.

В принципі, ракета Starship могла б повернути великий корисний вантаж марсіанського каміння за одну дворічну місію та з набагато меншими витратами. Але Starship пов’язаний із великим ризиком і невизначеністю. Неясно, чи зможе ця ракета повернути зразки, які Perseverance вже зібрав.

Starship використовує стартовий майданчик, і його потрібно було б дозаправити для повернення. Але в кратері Джезеро немає ні стартового майданчика, ні заправної станції. Starship призначений для перевезення людей, але якщо астронавти відправляться на Марс, щоб зібрати зразки, SpaceX знадобиться ракета Starship, яка навіть більша, ніж та, яку вона випробувала досі.

Відправка астронавтів також пов’язана з додатковим ризиком і витратами, а стратегія використання людей може виявитися складнішою, ніж поточний план NASA. З огляду на всі ці труднощі та обмеження, NASA вирішило перевірити, чи зможе приватний сектор запропонувати виграшне рішення. Відповідь ми дізнаємось наступного місяця. Написав Кріс Імпі, почесний професор астрономії Університету Арізони.