Dit artikel werd oorspronkelijk gepresenteerd op Gesprek.
Een belangrijke NASA-missie in de zoektocht naar leven buiten de aarde, Mars Sample Return, zit in de problemen. Het budget is gegroeid van 5 miljard dollar naar ruim 11 miljard dollar, en de datum voor de monstername zou kunnen worden verschoven van het einde van dit decennium naar 2040.
De missie zou de eerste zijn die probeert steenmonsters van Mars naar de aarde terug te brengen, zodat wetenschappers deze kunnen analyseren op tekenen van vorig leven.
NASA-beheerder Bill Nelson zei op een persconferentie op 15 april 2024 dat de missie zoals die nu is bedacht te duur en te traag is. NASA heeft particuliere bedrijven een maand de tijd gegeven om voorstellen in te dienen voor het sneller en goedkoper retourneren van monsters.
Als astronoom die kosmologie studeert en een boek schreef over de vroege missies naar Mars, zag ik de saga van de monsterterugkeer zich ontvouwen. Mars is de dichtstbijzijnde en beste plek om naar leven buiten de aarde te zoeken, en als deze ambitieuze NASA-missie mislukt, zouden wetenschappers de kans verliezen om veel meer over de rode planeet te leren.
De bewoonbaarheid van Mars
De eerste NASA-missies die in 1976 het oppervlak van Mars bereikten, onthulden dat de planeet een koude woestijn was, onbewoonbaar zonder een dikke atmosfeer die het leven beschermt tegen de ultraviolette straling van de zon. Maar studies van de afgelopen tien jaar suggereren dat de planeet een paar miljard jaar geleden veel warmer en natter kan zijn geweest.
Zowel de Curiosity- als de Perseverance-rovers hebben aangetoond dat de vroege omgeving van de planeet geschikt was voor microbieel leven.
Ze vonden de chemische bouwstenen van het leven en tekenen van oppervlaktewater in een ver verleden. Curiosity, dat in 2012 op Mars landde, is nog steeds actief; zijn tweelingbroer, Perseverance, die in 2021 op Mars landde, zal een sleutelrol spelen in de monsterretourmissie.
Waarom astronomen monsters van Mars willen
De eerste keer dat NASA naar leven zocht in het gesteente van Mars was in 1996. Wetenschappers beweerden microscopisch kleine fossielen van bacteriën te hebben ontdekt in de Mars-meteoriet ALH84001. Deze meteoriet is een stukje Mars dat 13.000 jaar geleden op Antarctica landde en in 1984 werd gevonden. Wetenschappers zijn het er niet over eens of de meteoriet ooit daadwerkelijk biologie bevatte, en tegenwoordig zijn de meeste wetenschappers het erover eens dat er niet genoeg bewijs is om te zeggen dat het gesteente fossielen bevat.
De afgelopen veertig jaar zijn er honderden Marsmeteorieten op aarde gevonden. Dit zijn gratis monsters die op de aarde zijn gevallen, dus hoewel het misschien intuïtief lijkt om ze te bestuderen, kunnen wetenschappers niet zeggen waar deze meteorieten op Mars vandaan kwamen. Bovendien hebben inslagen het oppervlak van de planeet weggevaagd, en deze gewelddadige gebeurtenissen hadden gemakkelijk subtiele bewijzen van leven in de rotsen kunnen vernietigen of veranderen.
Er is geen vervanging voor het meenemen van monsters uit een regio waarvan bekend is dat deze in het verleden een gastvrije leefomgeving heeft gekend. Als gevolg hiervan wordt het bureau geconfronteerd met een prijskaartje van $ 700 miljoen per ounce, waardoor deze monsters het duurste materiaal zijn dat ooit is verzameld.
Een meeslepende en complexe missie
Het terugbrengen van Mars-rotsen naar de aarde is de meest uitdagende missie die NASA ooit heeft ondernomen, en de eerste fase is al begonnen.
Persistence verzamelde meer dan twintig steen- en grondmonsters en deponeerde deze op de bodem van het Crater Lake, een gebied dat waarschijnlijk ooit overstroomd was met water en leven had kunnen herbergen. De rover laat monsters vallen in containers ter grootte van een reageerbuis. Zodra de rover alle monsterbuisjes heeft gevuld, verzamelt hij ze en brengt ze naar de plek waar NASA’s Lander zal landen om de monsters te verzamelen. De monsterlander bevat een raket om de monsters in een baan rond Mars te brengen.
De European Space Agency heeft een Earth Return Orbiter ontworpen, die een raket in een baan om de aarde zal ontmoeten en een monstercontainer ter grootte van een basketbal zal vangen. De monsters worden vervolgens automatisch verzegeld in een plantbeschermingssysteem en overgebracht naar de Earth Entry Capsule, die deel uitmaakt van de Earth Return Orbiter. Na de lange reis naar huis zal de toegangscapsule met een parachute naar het aardoppervlak springen.
De complexe choreografie van deze missie, waarbij een rover, een lander, een raket, een orbiter en de coördinatie van twee ruimtevaartorganisaties betrokken zijn, is ongekend. Het is de schuld van het groeiende budget en het lange tijdsbestek.
Voorbeeldretouren kosten veel geld
Mars Sample Return heeft een gat geslagen in de begroting van NASA, waardoor andere missies die financiering nodig hebben in gevaar komen.
NASA’s centrum achter de missie, het Jet Propulsion Laboratory, heeft zojuist ruim 500 werknemers ontslagen. Het is waarschijnlijk dat het Mars Sample Return-budget gedeeltelijk de oorzaak was van de ontslagen, maar ze kwamen ook neer op het Jet Propulsion Laboratory, dat een druk schema van planetaire missies had en te maken kreeg met bezuinigingen.
In het afgelopen jaar hebben een onafhankelijk rapport van de beoordelingsraad en een rapport van NASA’s Office of the Inspector General diepe zorgen geuit over de levensvatbaarheid van de monsterterugkeermissie. In deze rapporten werd het ontwerp van de missie beschreven als overdreven complex en werden zaken opgemerkt zoals inflatie, problemen met de toeleveringsketen en onrealistische schattingen van kosten en planning.
NASA voelt ook de hitte van het Congres. Voor het begrotingsjaar 2024 heeft de Senaatscommissie het budget voor planetaire wetenschap van NASA met ruim een half miljard dollar verlaagd. Als NASA de kosten niet kan bijhouden, kan de missie zelfs worden geannuleerd.
outside-the-box denken
Geconfronteerd met deze uitdagingen deed NASA een oproep voor innovatieve ontwerpen van de particuliere industrie, met als doel de kosten en complexiteit van de missie te verminderen. Voorstellen moeten vóór 17 mei worden ingediend, wat een extreem korte deadline is voor zo’n uitdagend project. En het zal moeilijk zijn voor particuliere bedrijven om het plan te verbeteren dat experts van het Jet Propulsion Laboratory meer dan tien jaar de tijd hebben gehad om samen te stellen.
Een belangrijke potentiële speler in deze situatie is het commerciële ruimtevaartbedrijf SpaceX. NASA werkt al samen met SpaceX aan de terugkeer van Amerika naar de maan. Voor de Artemis III-missie zal SpaceX voor het eerst in meer dan 50 jaar proberen mensen op de maan te laten landen.
De enorme Starship-raket die SpaceX voor Artemis zal gebruiken, heeft echter slechts drie testvluchten achter de rug en heeft nog veel meer ontwikkeling nodig voordat NASA er een menselijke lading aan kan toevertrouwen.
In principe zou de Starship-raket in één enkele missie van twee jaar en tegen veel lagere kosten een grote lading Mars-rotsen kunnen terugsturen. Maar Starship brengt grote risico’s en onzekerheden met zich mee. Het is niet duidelijk of die raket monsters kan terugsturen die al door Perseverance zijn verzameld.
Het ruimteschip gebruikt het lanceerplatform en moet bijtanken voor de terugreis. Maar er is geen lanceerplatform of tankstation in de Jezero-krater. Starship is ontworpen om mensen te vervoeren, maar als astronauten naar Mars gaan om monsters te verzamelen, heeft SpaceX een Starship-raket nodig die nog groter is dan de raket die tot nu toe is getest.
Het sturen van astronauten brengt ook extra risico’s en kosten met zich mee, en een strategie om mensen in te zetten zou uiteindelijk complexer kunnen worden dan het huidige plan van NASA.
Met al deze druk en beperkingen besloot NASA te kijken of de particuliere sector met een winnende oplossing kon komen. Het antwoord weten we volgende maand.
Openbaarmaking: Chris Impey ontvangt financiering van de National Science Foundation en het Howard Hughes Medical Institute.