Gaan er nog Europese rovers naar Mars?

We zoomen in op twee missies die (hadden) moeten leiden tot een Europese rover op Mars, welke ingrijpende wijzigingen hebben plaatsgevonden en of er nog schot zit in de plannen om een rover op de rode planeet te krijgen.

Fetch, rover, fetch! Als een labrador die braaf alle objecten zoekt en apporteert, had de Europese Sample Fetch Rover de buisjes met monsters die door de Amerikaanse, in februari 2021 op Mars aangekomen Perseverance-marsrover waren achtergelaten, moeten oppikken van het oppervlak van de rode planeet, om vervolgens op te stijgen naar een lanceerplatform en weer huiswaarts te keren. Deze hondenbaan stond gepland voor uitvoering ergens aan het einde van dit decennium, maar inmiddels is anders besloten. De Sample Fetch Rover zal zijn apporteervaardigheden niet kunnen tonen, omdat NASA en ESA er een streep door hebben gehaald.

Er is nog altijd een andere Europese rover die wellicht wel het oppervlak van Mars zal bereiken. De ExoMars-missie had oorspronkelijk in september dit jaar van start moeten gaan met de lancering, maar voorlopig staat deze missie op losse schroeven. Deze onderzoeksmissie met een rover die zich vooral zou onderscheiden door zijn twee meter lange boor, was oorspronkelijk een samenwerking tussen de ESA en de Russische ruimtevaartorganisatie Roskosmos. Door de oorlog in Oekraïne en de sancties gericht op Rusland is dit plan van de baan en is de missie tot nader order uitgesteld.

Dit betekent dat de plannen aanzienlijk worden bijgesteld ten opzichte van de oorspronkelijke, ambitieuze doelstellingen. In dit artikel staan we stil bij de gewijzigde inzichten en plannen voor het ophalen van de Perseverance-monsters, wat de status van ExoMars is en hoe Europa hiermee wat achterop begint te raken als het gaat om rovermissies en het oppikken van monsters in de ruimte.

Het oorspronkelijke, inmiddels gewijzigde plan voor het terughalen van de monsters

Mars Sample Return Program: veel veranderingen

'NASA zal de wereld inspireren zodra het monsters van Mars in 2033 terugbrengt naar de aarde', zo luidt de enigszins bombastische kop boven een recent bericht van de ruimtevaartorganisatie over de vernieuwde plannen van de terugbrengmissie. Er zijn door de jaren heen de nodige conceptontwerpwijzigingen doorgevoerd.

Oorspronkelijk was het idee als volgt: het dertigtal buisjes met monsters dat Perseverance verzamelt, moet in 2031 op aarde aankomen. Daarvoor werden twee missies voorzien: een missie waarbij een Europese fetchrover en een kleine raket genaamd Mars Ascent Vehicle, of MAV, als onderdeel van de Sample Retrieval Lander afreizen naar Mars, en een tweede missie waarbij de Earth Return Orbiter-satelliet in een baan om de planeet wordt gebracht. Het raketplatform wordt gebruikt op Mars om een capsule met de monsters de ruimte in te lanceren. Deze komt vervolgens in een baan om Mars en wordt daar opgepikt door de satelliet, waarna de terugreis naar de aarde begint.

Fetch rover — Een render met de oorspronkelijke fetchrover op de voorgrond

In november 2020 riep een onafhankelijk, intern onderdeel binnen NASA al op om de Mars Sample Return-missies op te schuiven naar 2027 of 2028, gelet op de enorme complexiteit. Daar kwam een ander rapport bij, waarin werd opgeroepen om te onderzoeken of het concept van de enkele Sample Retrieval Lander kan worden aangepast naar twee aparte landers. Oorspronkelijk zouden zowel de fetchrover als het MAV in hetzelfde enkele landingsvaartuig zitten en zo het oppervlak bereiken, maar er werd gesuggereerd dat twee aparte landingsvoertuigen om de raket en de rover apart te vervoeren, beter zou zijn.

NASA en ESA besloten dat dit inderdaad de gewenste route moest worden, omdat de enkele lander te veel risico met zich zou meebrengen. Bij een enkele lander zou een groter hitteschild van naar schatting 5,4 meter nodig zijn, wat op zijn beurt weer een grotere payloadruimte in de fairing van de draagraket zou betekenen. Bovendien was er volgens Thomas Zurbuchen van NASA sprake van 'onbewezen' capaciteiten op het vlak van het binnengaan van de atmosfeer, het afdalen en het landen. De duale landingsaanpak betekent daarentegen dat hetzelfde systeem gebruikt kan worden zoals voor Perseverance en voorganger Curiosity is ingezet. Zurbuchen stipte ook aan dat deze route betekende dat het nog in dit huidige decennium voltooid kan worden. Het idee is dat de Earth Return Orbiter in 2027 gelanceerd wordt en de twee landers in 2028. De monsters moeten in 2033 weer op aarde zijn.

Inmiddels is ook dit plan weer aanzienlijk aangepast. Eind vorige maand werd duidelijk dat NASA zijn system requirements review voor het Mars Sample Return Program had afgerond. Daaruit zijn wijzigingen voorgenomen op basis van het 'recente succes van Perseverance in de Jezero-krater' en de 'geweldige prestaties van onze Mars-helikopter'. Met dat laatste doelt Zurbuchen op de Ingenuity-helikopter, die Perseverance op Mars bijstaat en inmiddels al 29 vluchten heeft uitgevoerd en al een jaar voorbij de geplande levensduur is. Volgens NASA hebben deze helikopter en zijn technologie zich bewezen.

Er is besloten dat de Sample Fetch Rover geen onderdeel meer zal zijn van de missie, en daarmee valt ook zijn tweede lander weg. Deze rover zou te veel massa toevoegen om veilig te landen, waardoor de rover zijn eigen landingsvaartuig moest krijgen, wat de kosten flink zou doen stijgen. De Sample Retrieval Lander zal nu twee recoveryhelikopters meenemen die gebaseerd zijn op het ontwerp van Ingenuity. Deze helikopters moeten een 'secundaire capaciteit' verzorgen om de monsters te verzamelen. Ze wegen 150 gram, kunnen 700 meter vliegen en krijgen wielen onder hun vier poten, zodat ze precies tot boven de buisjes met monsters kunnen rijden om ze op te kunnen pikken. De helikopters leggen de monsters vervolgens bij het landingsvaartuig neer, waar de Europese Sample Transfer Arm, een 2,5 meter lange robotarm, ze zal oppikken.

De helikopters zijn een back-upophaaldienst en er is geen speciale fetchrover. Dat betekent dat er maar één primaire kandidaat overblijft om de monsters op te halen: Perseverance zelf. Mede door de goede ervaringen met deze rover en zijn voorganger Curiosity, die na tien jaar op de rode planeet nog steeds operationeel is, is NASA ervan overtuigd dat Perseverance ook zal volharden in de taak om de monsters in 2030 naar het MAV te brengen. Mocht dit niet lukken en mogen de helikopters onverhoopt ook geen soelaas bieden, dan is er nog een worstcasescenario: het landingsvaartuig zal bij het eerste depot in de Jezero-krater landen en alleen terugkeren met die monsters en dus een stuk minder dan het geplande aantal van dertig.

ExoMars in het ongewisse

Over de perikelen van het ExoMars-project valt inmiddels een heel boekwerk te schrijven. De missie werd en wordt geplaagd door budgetproblemen, wisselende partners, politieke ontwikkelingen en technische issues. Oorspronkelijk werd het ExoMars-project in 2005 goedgekeurd door ESA-lidstaten en had het in 2013 al gelanceerd moeten worden. Dat werd niet gehaald. De missie kent twee delen en pas in 2016 is het eerste deel van de missie uitgevoerd en ook maar deels geslaagd. Het belangrijkste deel van de missie, een eigen Europese onderzoeksrover met twee meter lange drilboor op Mars zetten, had in 2018 moeten plaatsvinden, maar dat werd niet gehaald en voorlopig is er nog geen zicht op een schema dat op niet al te lange termijn tot voltooiing van dit deel moet leiden.

Het gaat om een missie in twee delen: in 2016 is de ExoMars Trace Gas Orbiter gelanceerd. Deze satelliet doet onderzoek naar de Mars-atmosfeer vanuit een baan om de planeet, was het platform voor de Schiaparelli-Mars-lander en zal moeten fungeren als communicatieplatform voor de nog te lanceren primaire rover Rosalind Franklin, vernoemd naar de Britse wetenschapper die belangrijke bijdragen leverde aan kennis over de moleculaire structuur van RNA en DNA. Deze rover moet onder meer via een boor onderzoek doen, terwijl Schiaparelli een Entry, Descent, and Landing Demonstrator Module was.

Het was een rover met een beperkte wetenschappelijke payload die vooral bedoeld was om zachte landingen op Mars te kunnen testen en de risico's te beperken voor de echte Rosalind Franklin-onderzoeksrover. Schiaparelli ontkoppelde op 16 oktober van de 3.800kg zware Trace Gas Orbiter en kwam drie dagen in de atmosfeer om af te dalen naar het oppervlak. Doordat de hoogte verkeerd werd geschat en de parachute te vroeg openging, crashte de rover. In zijn conclusies gaf de ESA aan dat er sprake was van inadequate simulaties, een gebrek aan recoveryopties in de software en mismanagement bij de onderaannemers en de gebruikte hardware.

Oorspronkelijk was het missiebudget vastgesteld op 650 miljoen euro, maar later werd de lanceerdatum verschoven naar 2016 en het budget opgehoogd tot 1,2 miljard euro. Dat laatste hing samen met onder meer een verhoging van de rovermassa met 250kg door de toevoeging van een aantal nieuwe instrumenten. Deze budgetverhoging vormde een probleem. Thales Alenia Space Italy bleef wel de voornaamste uitvoerder van het contract, maar de Italiaanse ruimtevaartorganisatie kon niet voldoen aan zijn aandeel van 36 procent in ExoMars als het bedrag boven de 650 miljoen euro zou komen. De ESA-lidstaten besloten in oktober 2008 dat het ExoMars-budget een limiet van 1 miljard euro kreeg. Dat betekende dat er werk uit Italië door andere landen gedaan moest worden en er dus een nauwere samenwerking met andere landen nodig was. ESA Science Director David Southwood noemde toen NASA en Roskosmos als meest voor de hand liggende partners om mee te praten.

Het zou vooral een samenwerking met NASA worden. De Amerikanen zouden zowel voor het 2016- als voor het 2018-deel een Atlas V-raket en onder meer het Sky Crane-landingssysteem inzetten. Dat landingssysteem was wat technologie betreft gebaseerd op het systeem dat was ingezet voor het op Mars zetten van de Curiosity-rover. Er kwam echter een flinke kink in de kabel: NASA trok zich in 2012 terug uit het ExoMars-project wegens eigen interne budgetissues, waardoor werd gekort op planetaire wetenschappelijke programma's. Nu NASA weg was, was Roskosmos de enige aangewezen kandidaat voor een nauwe samenwerking. Rusland kon zijn Proton-raket inzetten voor de lanceringen, wat ook is gebeurd voor de lancering uit 2016. Daarnaast zou Rusland het gat opvullen voor een systeem voor het binnengaan van de atmosfeer en het afdalen en veilig landen op het oppervlak.

Rusland had dat al eens succesvol gedaan met de Mars 3-lander in december 1971; de identieke Mars 2-lander crashte negen jaar eerder op Mars. Sinds de Mars 3-lander is het Rusland niet meer gelukt. Mars 4 in 1973 kwam niet in de atmosfeer van Mars en de Phobos 1- en Phobos 2-sondes waren eveneens een mislukking. Na de Sovjet-tijd ging het niet veel beter. De Mars 96-missie uit 1996, ook wel Mars 8 genoemd, en de lancering uit 2012 van het Phobos-Grunt-ruimtevaartuig kwamen niet eens voorbij de aarde. Schiaparelli was in Italië gebouwd, maar was een samenwerking tussen Rusland en Europa; ook dit deel van de missie mislukte.

In 2013 zei Vincenzo Giorgio, vicepresident Exploration & Science bij Thales Alenia Space, grappend dat Rusland door dit trackrecord van Mars-mislukkingen nu met ESA meegaat. "Ze hebben geluk met ons." Hij maakte aan Rusland duidelijk dat er geen geheel nieuw landingssysteem gebruikt zou worden om de rover op Mars te krijgen. Ruslands landingssysteem zou deels gebaseerd worden op Schiaparelli. Voor de 2018-missie zouden er geen airbags, maar landingspoten gebruikt worden en Europa leverde parachutes, radars, de belangrijkste sensors en zaken als algoritmen voor de sturing en navigatie. Rusland zou de metalen structuur van de lander maken en het hitteschild, de raketmotor om af te remmen tijdens de afdaling en het scheidingssysteem om het aerodynamische schild af te werpen voor de landing.

De planning voor 2018 werd niet gehaald door parachuteproblemen en de volgende kans op lancering in 2020 werd niet gehaald door de coronapandemie. Dit jaar had de lancering alsnog kunnen plaatsvinden, maar nu gooide de geopolitieke situatie roet in het eten. Er is voorlopig een einde gekomen aan de toch vrij innige samenwerking tussen ESA en Roskosmos. De oorlog in Oekraïne en Ruslands rol daarin vormden de directe aanleiding. ESA kwam in maart met het volgende statement: "Als intergouvernementele organisatie met het mandaat om ruimteprogramma's te ontwikkelen en uit te voeren met volledige eerbiediging van de Europese waarden, betreuren wij ten zeerste de menselijke slachtoffers en de tragische gevolgen van de agressie tegen Oekraïne. ESA erkent de impact op de wetenschappelijke verkenning van de ruimte, maar houdt zich volledig aan de sancties die door de lidstaten aan Rusland zijn opgelegd." Dit betekende concreet dat de samenwerking met Roskosmos voor de ExoMars-rover is opgeschort en dat wordt onderzocht hoe de missie door kan gaan zonder Rusland. Het is niet ondenkbaar dat 'hoe' uiteindelijk toch noodgedwongen vervangen zal moeten worden door 'of'.

Europa loopt achter feiten aan

Rosalind Franklin moet een wezenlijke nieuwe stap vormen in het onderzoek naar leven op de rode planeet. Curiosity en zeker Perseverance timmeren overtuigend aan de weg, maar om iets met de monsters van laatstgenoemde rover te kunnen, moeten ze eerst terug naar aarde worden gebracht om onderworpen te kunnen worden aan een astrobiologische analyse. De Europese rover zal dit onderzoek direct uitvoeren, onder meer door een laserspectrometer, zonder de noodzaak van een ophaalmissie.

Waar Perseverance zich beperkt tot het verzamelen van rotsblokjes van de oppervlakte, 'kijkt' Rosalind Franklin veel dieper met haar boor, die tot een diepte van twee meter gaat. Zo diep onder de grond is bewijs voor leven in de vorm van organisch materiaal vermoedelijk minder snel weggevaagd door de kosmische straling. Op het vlak van astrobiologie kan met Rosalind Franklin een aanzienlijke stap worden gezet, ook omdat de diepe boringen van Franklin betekenen dat wetenschappers straks beter begrijpen welke veranderingen de monsters van Perserverance in de tijd hebben ondergaan door de straling. John Bridges, een hoogleraar planetologie aan de Britse Leicester-universiteit, zei onlangs tegen Space.com dat de instrumenten van de rover inmiddels ietwat oud beginnen te worden, maar dat hem dat niet deert, zolang er maar onderhoud kan plaatsvinden. "Zelfs als we met een fiets gaan in plaats van de nieuwste auto, maakt dat niet echt uit, zolang we er maar komen."

De potentie is groot, maar het is duidelijk dat Europa met ExoMars in een lastig parket zit. Bridges deelt die mening. "Toen we in 2004 met ExoMars begonnen, was het ver buiten de mogelijkheden [van ESA en de Europese ruimtevaartindustrie] om het te doen", zei Bridges. "Dus we haalden de Amerikanen binnen om het te landen en toen de Amerikanen zich terugtrokken, keek ESA om zich heen en staken de Russen hun hand op, en was het gedaan." Bridges noemt de samenwerking met Rusland een haastklus en een 'strategische vergissing'. Hij spreekt over frustratie en teleurstelling, gelet op hoeveel werk er in ExoMars is gaan zitten. "Maar we moeten er waarschijnlijk nog steeds aan vasthouden en proberen al die wetenschappelijke investeringen terug te verdienen, niet alleen teleurgesteld onze handen in de lucht steken en ervan weglopen", aldus Bridges.

De hoogleraar denkt dat er naast de potentie van de boor van Franklin ook nog een andere reden is waarom doorgaan met ExoMars de enige optie is: de carrière van een hele generatie Europese wetenschappers is verbonden met het lot van de missie. Ervan uitgaande dat het uitstel geen afstel wordt, is het de vraag welke opties er nog zijn: NASA of doorgaan met Rusland? Jorge Vago, de projectwetenschapper voor de rover bij ESA, gaf aan dat een hernieuwd partnerschap met Rusland de snelste en eenvoudigste route is om op Mars te komen, omdat de rover en vooral het Russische Kazachok-landingsplatform al zijn gebouwd. Hij erkent echter dat dit niet waarschijnlijk is.

NASA lijkt de meest logische partner, nadat de organisatie zich tien jaar geleden juist terugtrok. Dit zal wel een zekere vertraging betekenen; lanceren in 2026 of 2028 zou dan een optie kunnen zijn, denkt Vago. ESA zou dan haar onderdelen voor de Kazachok-lander opnieuw kunnen inzetten, maar de Russische componenten, zoals de landingspoten, het hitteschild en de afdalingsmotoren, moeten dan geheel opnieuw ontwikkeld en gemaakt worden. Vooral deze motoren zijn een issue, omdat er geen Europese fabrikanten zijn die dergelijke motoren kunnen maken voor een landing op Mars. Ook heeft ESA niet de beschikking over plutonium dat nodig is voor de radio-isotoopverwarmingseenheid die nodig is om de rover warm te houden. Rusland droeg dit onderdeel aan, maar nu zou de VS dat moeten doen. En dan is er ook nog de kwestie van een vervanging voor de Proton-raket, al zou dat in theorie geen enorm probleem hoeven zijn, omdat Ariane 6 uiteindelijk in 2023 tot leven moet komen. De VS zou ook een draagraket kunnen leveren.

Eerder waren er al berichten dat ESA positief was over een hernieuwde samenwerking met NASA. In juni zei ESA-directeur Josef Aschbacher dat NASA-baas Bill Nelson een duidelijke boodschap heeft afgegeven: NASA wil Europa helpen. Volgens Aschbacher is de band met NASA sinds het begin van de Oekraïne-oorlog inniger geworden en er zijn al samenwerkingsovereenkomsten getekend tussen NASA en ESA voor bijvoorbeeld de Lunar Pathfinder. Een hernieuwde definitieve samenwerking voor ExoMars is nog niet officieel, maar alle seinen lijken op groen te staan, zeker in de huidige geopolitieke situatie.

De fetchrover mag Mars niet met een bezoek vereren, maar het lijkt steeds waarschijnlijker dat Rosalind Franklin over vier tot zes jaar alsnog op de rode planeet zal aankomen. Dat zal gebeuren na aanzienlijke vertragingen en gedoe. Het is duidelijk dat de samenwerking binnen ESA in de vorm van meerdere landen en daarmee meerdere belangen en ideeën of maximale budgetten, niet heeft geholpen. Het gebrek aan eensgezindheid en duidelijke keuzes heeft zeker de Europese ExoMars-missie geen goed gedaan. Ook als NASA buiten beschouwing wordt gelaten, laten andere landen zien wat er allemaal wel kan, zoals Japan, dat monsters van asteroïden heeft meegenomen, of China, dat pas tegen 2014 met de Zhurong-rovermissie begon en er in 2021 in slaagde om deze te laten landen op Mars. In zes jaar tijd een dergelijke missie tot een succes maken, lijkt een utopie voor ESA. Als we binnen zes jaar vanaf nu alsnog de Franklin-rover zijn kop in het Marszand zien steken, mogen we al heel blij zijn.

Inleiding

Mars Sample Return Program: veel veranderingen

ExoMars in het ongewisse

Europa loopt achter feiten aan

Lees meer

NASA is weer onderweg naar Mars

IT-banen

Reacties (7)

Sorteer op:

Weergave: