Missão de retorno de amostra

Uma missão de retorno de amostra é uma missão espacial cujo objetivo é trazer de volta à Terra para análise amostras de outro corpo celeste - planeta , cometa , asteróide - ou partículas interplanetárias ou interestelares. Este tipo de missão pode ser realizada por um robô ( sonda espacial ) ou como parte de uma missão tripulada. Comparado a um estudo realizado in loco por instrumentos de um robô como o rover Curiosity marciano , o retorno de uma amostra de solo à Terra permite realizar análises com muito maior precisão, manipular a amostra e modificar as condições experimentais. à medida que a tecnologia e o conhecimento avançam.

Várias missões de retorno de amostra foram realizadas. Eles tornaram possível trazer de volta para a Terra rochas lunares (missões espaciais tripuladas do programa Apollo , sondas espaciais do programa Luna , Chang'e 5 ), amostras do vento solar (missão Genesis ), a cauda de um cometa ( Stardust ) e um asteróide ( Hayabusa , Hayabusa 2 ). Várias missões à Lua e asteróides estão em andamento ou previstas para a segunda metade da década de 2010: OSIRIS-Rex , Martian Luas Exploração , Martian missão de retorno de amostra , Zheng He , etc. ... Todas essas missões envolvem dificuldades: dependendo do alvo, é necessário capturar partículas viajando a vários km / s, para conseguir uma aterrissagem automática em um corpo praticamente desprovido de gravidade ou, ao contrário, para poder pousar e decolar novamente de um grande poço de gravidade , para implementar um sistema de amostragem operando em um campo de baixa gravidade, encadeia operações complexas automaticamente por causa da distância que não permite a um operador controlá-las remotamente, tem um sistema de armazenamento sem contaminantes que pode preservar as características das amostras e em todos os casos, reentrar na atmosfera da Terra em alta velocidade e com grande precisão. O retorno à Terra de amostras marcianas, que em 2014 constitui um dos objetivos mais importantes para o estudo do Sistema Solar , ainda não se concretizou por motivos financeiros e tecnológicos.

Contexto

O estudo do sistema solar é um objetivo científico importante. Trata-se de compreender como nosso sistema solar foi formado e extrapolar informações sobre a estrutura de nosso universo. Também pode nos fornecer pistas valiosas sobre o processo de aparecimento da vida na Terra e sobre a evolução futura do nosso planeta, por exemplo, tornando possível especificar os mecanismos de evolução do clima da Terra. Finalmente, este estudo também pode levar à descoberta de novas formas de vida , que lançariam uma luz completamente nova no campo da biologia .

Até o início da exploração espacial do sistema solar (1958), nosso conhecimento dos vários corpos do sistema solar baseava-se em observações feitas por meio de telescópios terrestres e em estudos de meteoritos coletados na superfície da Terra., Fragmentos de corpos celestes. (cometas, asteróides, planetas) expelidos para o espaço por diferentes tipos de eventos (fragmentos de um impacto de meteorito em um corpo maior, vulcanismo, destruição do corpo original no seguinte impacto, ejeção de um corpo celeste em rotação em baixa gravidade, componente da cauda de um cometa, restos de um cometa esmagados pelo campo gravitacional do Sol, ....). As informações obtidas são fragmentárias, ainda que os primórdios da espectroscopia possibilitem a determinação parcial e grosseira dos principais elementos químicos presentes na superfície desses corpos ou em sua atmosfera. Objetos distantes ou pequenos estão fora do alcance dos telescópios mais poderosos, assim como o outro lado da lua .

As primeiras sondas espaciais , que só sobrevoam a Lua, Marte e Vênus, fazem imediatamente uma colheita de descobertas: uma imagem do outro lado da Lua mostrando uma dismetria surpreendente, a esterilidade de Marte, o inferno venusiano. O aprimoramento das tecnologias espaciais torna possível colocar as primeiras sondas espaciais em órbita ao redor da Lua, Marte e Vênus e depois lançar sondas espaciais para destinos mais distantes (planetas exteriores) ou de acesso mais difícil (Mercúrio). Essas sondas espaciais carregam câmeras, espectrômetros de observação em diferentes comprimentos de onda e outros instrumentos que permitem obter remotamente informações sobre a topografia e a estrutura (densidade, distribuição da massa) desses corpos, a composição elementar, isotópica e molecular de sua superfície e atmosfera. Essas sondas espaciais descobrem uma grande diversidade de corpos celestes: oceanos subterrâneos da Europa e Ganimedes , química complexa de Titã , vulcanismo de Io , etc. As espaçonaves robóticas são refinadas e pousam na superfície da Lua ( programa Surveyor ), depois Marte ( programa Viking , Marte 3 ) e Vênus ( programa Venera ), permitindo um estudo in situ da superfície desses corpos. As sondas Viking são as primeiras sondas espaciais a tentar um estudo aprofundado de amostras do solo marciano para detectar a presença de organismos vivos, mas o instrumento usado não fornece informações úteis. Os primeiros dispositivos em movimento na superfície foram os Lunakhods soviéticos no início dos anos 1970. Eles foram seguidos pelos dois Mars Exploration Rovers (2004), mas acima de tudo pelo Mars Science Laboratory (2011).

Contribuições de uma missão de retorno de amostra

Uma missão de devolução de amostra atende a muitas necessidades científicas que não podem ser atendidas por um estudo realizado no local:

As capacidades limitadas de uma sonda espacial (massa de instrumentos, energia disponível, etc.) apenas permitem que ela carregue um número limitado de instrumentos de tamanho reduzido, projetados para uma estratégia de observação precisa e equipados com resolução relativamente baixa.
Tendo amostras na Terra, podemos realizar novas investigações para nos beneficiar do progresso instrumental. Desde que as amostras do solo lunar foram trazidas de volta como parte do programa Apollo, um progresso considerável foi feito na datação por análise de isótopos que tornou possível especificar a idade da Lua, como e quando a crosta lunar foi formada, como a Lua se relaciona com o processo de formação da Terra e quanto tempo demorou a formação dos planetas.
Novas teorias científicas no campo da planetologia podem ser testadas examinando as amostras disponíveis.

Estacas e objetivos

Lua

Aspectos tecnicos

Riscos de contaminação do solo

Histórico

Modelo da sonda lunar Luna 16 com seu sistema de coleta e no topo a cápsula carregada com o retorno à Terra.
Partículas coletoras do vento solar do Gênesis .
Coletor de partículas de poeira da cauda do cometa composto de blocos de aerogel a bordo da Stardust .

Lista de exemplos de missões de retorno

Missões passadas ou atuais

Data de lançamento	Missão	País / agência espacial	Tipo de amostra	Método de coleta	Amostra trazida de volta	Data de volta à Terra	Status
14 de junho de 1969	Luna 15B	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (no lançamento)
13 de julho de 1969	Luna 15	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (pousando na lua)
16 de julho de 1969	Apollo 11	NASA	Rocha lunar / regolito	Recolha pela tripulação	21,55 kg	24 de julho de 1969	Sucesso
23 de setembro de 1969	Cosmos 300 (in)	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (preso na órbita da Terra)
22 de outubro de 1969	Cosmos 305 (pol.)	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (preso na órbita da Terra)
14 de novembro de 1969	Apollo 12	NASA	Rocha lunar / regolito	Recolha pela tripulação	34,4 kg	24 de novembro de 1969	Sucesso
6 de fevereiro de 1970	Luna 16A	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (pousando na lua)
11 de abril de 1970	Apollo 13	NASA	Rocha lunar / regolito	Recolha pela tripulação		17 de abril de 1970	Falha (sem pousar na Lua, mas sobrevivência da tripulação)
12 de setembro de 1970	Luna 16	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá	101 g	24 de setembro de 1970	Sucesso
31 de janeiro de 1971	Apollo 14	NASA	Rocha lunar / regolito	Recolha pela tripulação	43 kg	9 de fevereiro de 1971	Sucesso
26 de julho de 1971	Apollo 15	NASA	Rocha lunar / regolito	Recolha pela tripulação	77 kg	7 de agosto de 1971	Sucesso
02 de setembro de 1971	Luna 18Luna 18	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (pousando na lua)
16 de abril de 1972	Apollo 16	NASA	Rocha lunar / regolito	Recolha pela tripulação	95,8 kg	27 de abril de 1972	Sucesso
14 de fevereiro de 1972	Luna 20	União Soviética	regolito lunar	Lander equipado com uma pá	55 g	25 de fevereiro de 1972	Sucesso
7 de dezembro de 1972	Apollo 17	NASA	Rocha lunar / regolito	Recolha pela tripulação	110 kg	19 de dezembro de 1972	Sucesso
28 de outubro de 1974	Luna 23Luna 23	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (a broca está danificada)
16 de outubro de 1975	Luna 24A	União Soviética	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá			Falha (no lançamento)
9 de agosto de 1976	Luna 24	União Soviética	regolito lunar	Lander equipado com uma pá	170 g	22 de agosto de 1976	Sucesso
7 de fevereiro de 1999	poeira estelar	NASA	Cauda do cometa 81P / Selvagem	Coletor com aerogel		15 de janeiro de 2006	Sucesso
8 de agosto de 2001	Gênese	NASA	Partículas de vento solar	Coletores compostos por wafers feitos de materiais purificados	Mais de um milhão de partículas	8 de setembro de 2004	Sucesso parcial (cápsula de retorno estripada ao pousar na Terra)
9 de maio de 2003	Hayabusa	JAXA	Asteróide (25143) Itokawa	Atirar um projétil a curta distância e coletar detritos	1500 grãos do solo asteróide	13 de junho de 2010	Sucesso parcial (amostra menor coletada do que o esperado)
8 de novembro de 2011	Phobos-Grunt	Roscosmos	Sol de Fobos (lua de Marte )	Trem de pouso com braços manipuladores			Falha (no lançamento)
3 de dezembro de 2014	Hayabusa 2	JAXA	Asteróide (162173) Ryugu	Atirar um projétil a curta distância e coletar detritos	5,4 g	5 de dezembro de 2020	Sucesso
23 de novembro de 2020	Chang'e 5	CNSA	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá e uma furadeira	1731 g	16 de dezembro de 2020	Sucesso
6 de setembro de 2016	OSIRIS-REx	NASA	Asteróide (101955) Bénou	jato de nitrogênio para levantar o regolito	> 60 g de regolito	Setembro de 2023	Em andamento

Missões programadas

Data de lançamento	Missão	País / agência espacial	Tipo de amostra	Método de coleta	Amostra trazida de volta	Data de volta à Terra	Observação
2024	Chang'e 6	CNSA	Regolito lunar	Lander equipado com uma pá e uma furadeira	~ 2 kg	2024	Em desenvolvimento
2024	Exploração das luas marcianas	JAXA	Solo de Fobos	Lander	> 10 g	2029	Em desenvolvimento
2026	Missão de devolução de amostra marciana	NASA / ESA	Solo marciano, núcleos de várias rochas	Coring operado pelo rover Perseverance		2031	Em desenvolvimento

Missões estudadas

Data de lançamento	Missão	Agência espacial	Tipo de amostra	Método de coleta	Amostra trazida de volta (objetivo)	Status
2022-2024	Zheng He	CNSA	Asteróide (469219) Kamoʻoalewa	Trem de pouso com braços manipuladores e broca	> 200 g	No estudo
~ 2028	Luna 28	Roscosmos	Regolito lunar	Lander	1 kg	No estudo
Década de 2020	HERACLES	ESA		Astromóvel	~ 15 g (pelo menos 10 amostras)	No estudo

Notas e referências

(em) Allan H. Treiman et al. , " Amostra de retorno da Lua da Terra " , Instituto Lunar e Planetário ,2010, p. 1-8 ( ler online )