Eine Mars-Rundreise: Die Probenröhren des Mars Perseverance Rover der NASA

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Als Wunderwerke der Technik müssen die Probenröhren des Rovers robust genug sein, um Proben des Roten Planeten auf der langen Reise sicher und in einwandfreiem Zustand zurück zur Erde zu bringen.
Die Röhren im Bauch des NASA-Rovers Mars 2020 Perseverance sind dazu bestimmt, die ersten Proben der Geschichte von einem anderen Planeten zurück zur Erde zu transportieren.

Zukünftige Wissenschaftler werden diese sorgfältig ausgewählten Vertreter von Marsgestein und Regolith (zerbrochenes Gestein und Staub) verwenden, um nach Beweisen für mögliches mikrobielles Leben in der alten Vergangenheit des Mars zu suchen und andere wichtige Fragen über den Mars und seine Geschichte zu beantworten. Perseverance wird am 18. Februar 2021 im Jezero-Krater des Mars landen.
Die 43 Probenröhrchen, die auf dem Weg zum Mars sind, haben in etwa die Größe und Form eines Standard-Laborreagenzglases. Sie müssen leicht und robust genug sein, um die Anforderungen der Hin- und Rückreise zu überstehen, und so sauber, dass zukünftige Wissenschaftler sicher sein können, dass das, was sie analysieren, zu 100% vom Mars stammt.

Eine der Hauptaufgaben des NASA-Rovers Perseverance, der auf dem Weg zum Roten Planeten ist, besteht darin, Proben von Marsgestein und Regolith (zerbrochenes Gestein und Staub) für die spätere Rückkehr zur Erde zu sammeln.

Credit: NASA/JPL-Caltech
“Im Vergleich zum Mars ist die Erde voller Anzeichen für das Leben, das unseren Planeten bedeckt”, sagte Ken Farley, der Wissenschaftler des Mars 2020-Projekts am Caltech in Pasadena. “Wir mussten diese Anzeichen so gründlich entfernen, dass die verbleibenden spärlichen Beweise sicher erkannt und unterschieden werden können, wenn diese ersten Proben zurückgebracht werden.”
Die Praxis der Konstruktion von Containern für den Transport von Proben aus anderen Welten geht zurück auf Apollo 11.

Als Neil Armstrong, Michael Collins und Buzz Aldrin 1969 mit 21,8 Kilogramm Proben aus dem “Meer der Ruhe” des Mondes zur Erde zurückkehrten, transportierten sie diese in zwei dreifach versiegelten Aluminiumkisten in Aktenkoffergröße.

Aber Apollos Felskisten mussten ihre Fracht nur für etwa 10 Tage – von der Mondoberfläche bis zur Wasserlandung – unberührt lassen, bevor sie zum Lunar Receiving Laboratory gebracht wurden. Die Probenröhren der Perseverance müssen den wissenschaftlichen Wert ihres Inhalts für weit über 10 Jahre isolieren und bewahren.

Mars-Probenrückgabe
Während der neueste Rover der NASA den Jezero-Krater untersucht, werden die Missionswissenschaftler festlegen, wann und wo er nach Proben bohren wird.

Diese wertvolle Marsfracht wird mit dem kompliziertesten und technologisch fortschrittlichsten Mechanismus, der jemals ins All geschickt wurde, in diese Röhren verpackt: dem Sample Caching System.

Nachdem die Proben auf der Marsoberfläche deponiert wurden, werden zwei weitere Missionen, die von der NASA in Zusammenarbeit mit der ESA (der Europäischen Weltraumorganisation) ausgearbeitet werden, das Relais vervollständigen, um die Proben zurück zur Erde zu bringen.

Die zweite Mission in dieser Probenrückführungs-Kampagne wird einen “Fetch”-Rover schicken, um die hermetisch versiegelten Röhren zu holen und sie zu einem speziellen Probenrückführungsbehälter im Inneren des Mars Ascent Vehicle zu bringen.

Der Mars 2020 Perseverance Rover könnte ebenfalls Röhrchen mit Proben in die Nähe des Mars Ascent Vehicle bringen, wenn er bis zu einer längeren Mission gesund bleibt.

Das Mars Ascent Vehicle wird dann die Röhren in den Orbit bringen.
Bei der letzten Mission wird ein Orbiter zum Mars fliegen, um die eingekapselten Proben aufzunehmen, sie in einer hochsicheren Sicherheitskapsel einzufangen und sie zur Erde zurückzubringen (bereits 2031).

Robuste Behälter
Jedes Probenröhrchen besteht hauptsächlich aus Titan und wiegt weniger als 57 Gramm.

Eine weiße Außenbeschichtung schützt vor der Erhitzung durch die Sonne, die die chemische Zusammensetzung der Proben verändern könnte, wenn Perseverance die Röhren auf der Marsoberfläche ablegt. Lasergravierte Seriennummern auf der Außenseite helfen dem Team, die Röhren und ihren Inhalt zu identifizieren.
Jedes Röhrchen muss in die engen Toleranzen nicht nur von Perseverance’s Sample Caching System passen, sondern auch in die der zukünftigen Missionen.
“Sie sind weniger als 15,2 Zentimeter lang, aber wir haben trotzdem über 60 verschiedene Abmessungen gefunden, die wir überprüfen müssen”, sagt Pavlina Karafillis, Sample Tube Cognizant Engineer am JPL. “Aufgrund der komplexen Mechanismen, die sie während der Mars Sample Return Kampagne durchlaufen werden, wurde das Rohr als nicht flugtauglich eingestuft, wenn eine Messung um die Dicke eines menschlichen Haares abwich.”

100 % reines Jezero
Die Präzisionstechnik ist nur ein Teil der Herausforderung.

Die Röhren sind auch das Produkt extremer Sauberkeitsstandards.

Alle planetaren Missionen der NASA beinhalten anspruchsvolle Prozesse, um das Einbringen von irdischem organischem, anorganischem und biologischem Material zu verhindern.

Da diese Röhren jedoch Beweise dafür enthalten könnten, dass einst irgendwo im Universum Leben existierte, musste das Mars 2020-Team die Möglichkeit, dass sie irdische Artefakte beherbergen könnten, die den wissenschaftlichen Prozess erschweren könnten, noch weiter reduzieren.

Das Mandat lautete im Wesentlichen, dass sich nichts in einer Röhre befinden sollte, bis das Sample Caching System beginnt, sie mit 9 Kubikzoll (147 Kubikzentimeter) Jezero-Krater (etwa so groß wie ein Stück Kreide) zu füllen.
“Und als sie ‘nichts’ sagten, meinten sie es auch”, sagte Ian Clark, der Leiter der Mission.

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