Misión de retorno de muestra

Una misión de retorno de muestras es una misión espacial cuyo objetivo es traer de regreso a la Tierra para su análisis muestras de otro cuerpo celeste ( planeta , cometa , asteroide ) o partículas interplanetarias o interestelares. Este tipo de misión puede ser realizada por un robot ( sonda espacial ) o como parte de una misión tripulada. En comparación con un estudio realizado in situ por los instrumentos de un robot como el rover marciano Curiosity , el retorno de una muestra de suelo a la Tierra permite realizar análisis con mucha mayor precisión, manipular la muestra y modificar las condiciones experimentales a medida que avanzan la tecnología y el conocimiento.

Se llevaron a cabo varias misiones de retorno de muestras. Hicieron posible traer de vuelta a la Tierra rocas lunares (misiones espaciales tripuladas del programa Apollo , sondas espaciales del programa Luna , Chang'e 5 ), muestras del viento solar (misión Génesis ), la cola de un cometa ( Stardust ) y un asteroide ( Hayabusa , Hayabusa 2 ). Varias misiones a la Luna y los asteroides están en marcha o previstos para la segunda mitad de la década de 2010: Osiris-Rex , Marciano Lunas Exploración , Marte misión de retorno de muestras , Zheng He , etc ... Todas estas misiones conllevan dificultades: dependiendo del objetivo, es necesario capturar partículas que viajan a varios km / s, realizar un aterrizaje automático sobre un cuerpo prácticamente desprovisto de gravedad o, por el contrario, poder aterrizar y tomar fuera de nuevo de un gran pozo de gravedad , para implementar un sistema de muestreo que opere en un campo de baja gravedad, encadenar operaciones complejas automáticamente debido a la distancia que no permite que un operador las controle remotamente, tener un sistema de almacenamiento sin contaminantes que pueda preservar las características de muestras y en todos los casos reingresar a la atmósfera terrestre a gran velocidad y con gran precisión. El regreso a la Tierra de las muestras marcianas, que en 2014 constituye uno de los objetivos más importantes para el estudio del Sistema Solar , aún no se ha materializado por razones tanto financieras como tecnológicas.

Contexto

El estudio del sistema solar es un objetivo científico importante. Se trata de comprender cómo se formó nuestro sistema solar y extrapolar información sobre la estructura de nuestro universo. También puede proporcionarnos pistas invaluables sobre el proceso de aparición de la vida en la Tierra y sobre la evolución futura de nuestro planeta, por ejemplo, al permitir especificar los mecanismos de evolución del clima terrestre. Finalmente, este estudio también podría conducir al descubrimiento de nuevas formas de vida , lo que arrojaría una luz completamente nueva en el campo de la biología .

Hasta el comienzo de la exploración espacial del sistema solar (1958), nuestro conocimiento de los distintos cuerpos del sistema solar se basaba en observaciones realizadas con telescopios terrestres y en estudios de meteoritos recogidos en la superficie de la Tierra., Fragmentos de cuerpos celestes (cometas, asteroides, planetas) expulsados al espacio por diferentes tipos de eventos (escombros del impacto de un meteorito en un cuerpo más grande, vulcanismo, destrucción del cuerpo original en el siguiente impacto, eyección de un cuerpo celeste en rotación a baja gravedad, componente de la cola de un cometa, restos de un cometa aplastados por el campo de gravedad del Sol, ....). La información obtenida es fragmentaria aunque los inicios de la espectroscopia permiten determinar de forma parcial y aproximada los principales elementos químicos presentes en la superficie de estos cuerpos o en su atmósfera. Los objetos pequeños o distantes están más allá del alcance de los telescopios más poderosos, al igual que el lado lejano de la Luna .

Las primeras sondas espaciales , que solo sobrevuelan la Luna, Marte y Venus, realizan de inmediato una cosecha de descubrimientos: una imagen de la cara oculta de la Luna que muestra una asombrosa dismetría, la esterilidad de Marte, el infierno venusino. La mejora de las tecnologías espaciales permite colocar las primeras sondas espaciales en órbita alrededor de la Luna, Marte y Venus para luego lanzar sondas espaciales hacia destinos más distantes (planetas exteriores) o de más difícil acceso (Mercurio). Estas sondas espaciales llevan cámaras, espectrómetros de observación en diferentes longitudes de onda y otros instrumentos que permiten obtener de forma remota información sobre la topografía y la estructura (densidad, distribución de la masa) de estos cuerpos, la composición elemental, isotópica y molecular de su superficie. y ambiente. Estas sondas espaciales descubren una gran diversidad de cuerpos celestes: océanos subterráneos de Europa y Ganímedes , química compleja de Titán , vulcanismo de Io , etc. Las naves espaciales robóticas se refinan y aterrizan en la superficie de la Luna ( programa Surveyor ), luego Marte ( programa Viking , Mars 3 ) y Venus ( programa Venera ), lo que permite un estudio in situ de la superficie de estos cuerpos. Los módulos de aterrizaje Viking son las primeras sondas espaciales que intentan un estudio en profundidad de muestras de suelo marciano para detectar la presencia de organismos vivos, pero el instrumento utilizado no proporciona información útil. Los primeros dispositivos que se movieron en la superficie fueron los Lunakhods soviéticos a principios de la década de 1970. Fueron seguidos por los dos Mars Exploration Rovers (2004) pero sobre todo por el Mars Science Laboratory (2011).

Contribuciones de una muestra de misión de retorno

Una misión de retorno de muestra satisface muchas necesidades científicas que no pueden satisfacerse con un estudio realizado in situ:

Las capacidades limitadas de una sonda espacial (masa de instrumentos, energía disponible, etc.) solo le permiten llevar un número limitado de instrumentos de tamaño reducido, diseñados para una estrategia de observación precisa y equipados con una resolución relativamente baja.
Al tener muestras en la Tierra, podemos realizar nuevas investigaciones para beneficiarnos del progreso instrumental. Desde que las muestras del suelo lunar fueron recuperadas como parte del programa Apolo, se ha logrado un progreso considerable en la datación mediante análisis de isótopos que ha permitido especificar la edad de la Luna, cómo y cuándo se formó la corteza lunar. cómo se relaciona la Luna con el proceso de formación de la Tierra y cuál fue la duración de la formación de los planetas.
Las nuevas teorías científicas en el campo de la planetología pueden probarse examinando las muestras disponibles.

Apuestas y objetivos

Luna

Aspectos técnicos

Riesgos de contaminación de la tierra

Histórico

Modelo del módulo de aterrizaje lunar Luna 16 con su sistema de recolección y en la parte superior la cápsula cargada con el regreso a la Tierra.
Colector de partículas de viento solar del Génesis .
Colector de partículas de polvo de cola de cometa compuesto por bloques de aerogel a bordo de Stardust .

Lista de misiones de retorno de muestra

Misiones pasadas o actuales

Fecha de lanzamiento	Misión	País / agencia espacial	Tipo de ejemplo	Método de recolección	Muestra traída de vuelta	Fecha de regreso a la Tierra	Estado
14 de junio de 1969	Luna 15B	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Fail (en el lanzamiento)
13 de julio de 1969	Luna 15	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Fail (aterrizando en la luna)
16 de julio de 1969	Apolo 11	NASA	Roca lunar / regolito	Colección por la tripulación	21,55 kilogramos	24 de julio de 1969	Éxito
23 de septiembre de 1969	Cosmos 300 ( pulgadas )	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Falla (atascado en la órbita de la Tierra)
22 de octubre de 1969	Cosmos 305 ( pulgadas )	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Falla (atascado en la órbita de la Tierra)
14 de noviembre de 1969	Apolo 12	NASA	Roca lunar / regolito	Colección por la tripulación	34,4 kg	24 de noviembre de 1969	Éxito
6 de febrero de 1970	Luna 16A	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Fail (aterrizando en la luna)
11 de abril de 1970	Apolo 13	NASA	Roca lunar / regolito	Colección por la tripulación		17 de abril de 1970	Fracaso (sin aterrizaje en la Luna pero supervivencia de la tripulación)
12 de septiembre de 1970	Luna 16	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala	101 g	24 de septiembre de 1970	Éxito
31 de enero de 1971	Apolo 14	NASA	Roca lunar / regolito	Colección por la tripulación	43 kilogramos	9 de febrero de 1971	Éxito
26 de julio de 1971	Apolo 15	NASA	Roca lunar / regolito	Colección por la tripulación	77 kilogramos	7 de agosto de 1971	Éxito
02 de septiembre de 1971	Luna 18Luna 18	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Fail (aterrizando en la luna)
16 de abril de 1972	Apolo 16	NASA	Roca lunar / regolito	Colección por la tripulación	95,8 kilogramos	27 de abril de 1972	Éxito
14 de febrero de 1972	Luna 20	Unión Soviética	regolito lunar	Lander equipado con una pala	55 g	25 de febrero de 1972	Éxito
7 de diciembre de 1972	Apolo 17	NASA	Roca lunar / regolito	Colección por la tripulación	110 kilogramos	19 de diciembre de 1972	Éxito
28 de octubre de 1974	Luna 23Luna 23	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Falla (el taladro está dañado)
16 de octubre de 1975	Luna 24A	Unión Soviética	Regolito lunar	Lander equipado con una pala			Fail (en el lanzamiento)
9 de agosto de 1976	Luna 24	Unión Soviética	regolito lunar	Lander equipado con una pala	170 gramos	22 de agosto de 1976	Éxito
7 de febrero de 1999	Stardust	NASA	Cola del cometa 81P / Wild	Colector con aerogel		15 de enero de 2006	Éxito
8 de agosto de 2001	Génesis	NASA	Partículas de viento solar	Colectores compuestos por obleas fabricadas con materiales purificados	Más de un millón de partículas	8 de septiembre de 2004	Éxito parcial (cápsula de retorno destripada al aterrizar en la Tierra)
9 de mayo de 2003	Hayabusa	JAXA	Asteroide (25143) Itokawa	Disparar un proyectil a corta distancia y recoger escombros	1500 granos del suelo de asteroides	13 de junio de 2010	Éxito parcial (muestra recogida más pequeña de lo esperado)
8 de noviembre de 2011	Fobos-Grunt	Roscosmos	Sol de Fobos (luna de Marte )	Tren de aterrizaje con brazos manipuladores			Fail (en el lanzamiento)
3 de diciembre de 2014	Hayabusa 2	JAXA	Asteroide (162173) Ryugu	Disparar un proyectil a corta distancia y recoger escombros	5,4 g	5 de diciembre de 2020	Éxito
23 de noviembre de 2020	Chang'e 5	CNSA	Regolito lunar	Lander equipado con pala y taladro	1731 g	16 de diciembre de 2020	Éxito
6 de septiembre de 2016	OSIRIS-REx	NASA	Asteroide (101955) Bénou	chorro de nitrógeno para levantar el regolito	> 60 g de regolito	Septiembre 2023	En curso

Misiones programadas

Fecha de lanzamiento	Misión	País / agencia espacial	Tipo de ejemplo	Método de recolección	Muestra traída de vuelta	Fecha de regreso a la Tierra	Nota
2024	Chang'e 6	CNSA	Regolito lunar	Lander equipado con pala y taladro	~ 2 kg	2024	En desarrollo
2024	Exploración de las lunas marcianas	JAXA	Suelo de Fobos	Lander	> 10 g	2029	En desarrollo
2026	Misión de retorno de muestras marcianas	NASA / ESA	Suelo marciano, núcleos de varias rocas.	Extracción operada por el rover Perseverance		2031	En desarrollo

Misiones estudiadas

Fecha de lanzamiento	Misión	Agencia Espacial	Tipo de ejemplo	Método de recolección	Muestra traída (objetivo)	Estado
2022-2024	Zheng He	CNSA	Asteroide (469219) Kamoʻoalewa	Tren de aterrizaje con brazos manipuladores y taladro	> 200 g	En el estudio
~ 2028	Luna 28	Roscosmos	Regolito lunar	Lander	1 kilo	En el estudio
Década 2020	HERACLES	ESA		Astromóvil	~ 15 g (al menos 10 muestras)	En el estudio

Notas y referencias

(en) Allan H. Treiman et al. , " Sample Return from the Earth's Moon " , Instituto Lunar y Planetario ,2010, p. 1-8 ( leer en línea )