Det kommer att bli en av de mest skrämmande, komplicerade och, potentiellt, vetenskapligt givande uppdrag som någonsin genomförts till den röda planeten. Ministrarna vid ett möte nyligen med Europeiska rymdorganisationen (ESA) har förbundit sig till planerna på att samla in prover från Mars yta och återföra dem till jorden, i en gemensam ansträngning med NASA. Officiellt godkännande av NASA:s budget för att täcka detta uppdrag förväntas bli tidigt nästa år.

Det ännu icke namngivna uppdraget kommer att genomföras med en serie lanseringar, med början i juli 2020, med Mars 2020 rover, som redan var på gång. Detta är en kärnkraftsdriven robotrover som kommer att göra en exakt landning i Jezero-kratern i februari, 2021.

Under de tre åren mellan 1969 och 1972, sex Apollo-uppdrag lyckades få tillbaka 380 kilo månprover. Hämta alla prover från Mars yta, dock, är betydligt svårare på grund av de stora avstånden.

Av denna anledning, projektet omfattar tre separata rymdfarkoster. Den första delen av uppdraget är utplaceringen av Mars 2020-rovern. Även detta kommer att vara skrämmande - det är notoriskt svårt att landa något på Mars. Förutom att utföra ett antal egna vetenskapliga undersökningar, Rover kommer att samla upp till 38 individuella prover av marsjord som den kommer att lagra i förseglade behållare. Proverna kommer att behöva förvaras säkert till åtminstone 2026.

Den andra delen av uppdraget kommer att vara att få tillbaka proverna i omloppsbana. Just nu, ett Mars Sample Retrieval Lander-uppdrag kommer att lanseras, igen av NASA, som kommer att placera ut en landare och en europeisk byggd "fetch-rover" så nära landningsplatsen för Mars 2020-rovern som möjligt - ännu en knepig landning.

Fetch rover kommer att möta Mars 2020 rover på ytan, samla in proverna, och lämna tillbaka dem till landaren. Väl ombord på landaren, proverna kommer att överföras till en kapsel på Mars Ascent Vehicle, en raket med så låg massa som möjligt som fortfarande kan nå Marsbanan från ytan. Väl i omloppsbana, denna kapsel kommer att lämnas att flyta okontrollerat.

Den tredje delen av uppdraget kommer att vara ett jordåtergående fordon som lanserats av ESA. Det kommer att gå in i Mars omloppsbana, träffa sedan och docka med provkapseln, samla in den kretsande provkapseln och deponera den inuti en skyddande värme- och strålningssköld. Den kommer sedan att tända sina motorer en gång till och bege sig tillbaka till jorden. När man når jorden, provkapseln kommer att släppas ut i atmosfären och, utan fallskärmshjälp, göra en kraschlandning i Utahs öken, någon gång 2031. Om allt går enligt planerna, självklart.

Denna oerhört komplicerade kampanj kommer att involvera ett antal banbrytande nybörjare, inklusive den första raketuppskjutningen någonsin från en annan planet, den första återkomsten av prover från Mars, det första mötet och docka i omloppsbana runt en annan planet, och det första mötet mellan två olika rymdfarkoster på ytan av en annan planet.

Jezero-kratern

Syftet med projektet är att hämta prover från ett av de mest geologiskt intressanta områdena på Mars yta:Jezero Crater.

Jezero är en nedslagskrater med en diameter på 45 km som ligger på norra halvklotet, vid de västra utkanterna av Isidis Planitia - en stor platt slätt som i sig också är ett nedslag. Forskning visar att Jezero en gång verkar ha varit en sjö, med vatten som kommer in i kratern genom kanaler, innan den rinner ut mot Isidis i öster.

Mars 2020-landningsplatsen är den solfjäderformade avsättningen vid öppningen av den västra inflödeskanalen – en egenskap som tros ha bildats av ett floddelta som sprider sig över kraterns yta. Detta område har höga koncentrationer av smektit, en typ av lera som ofta bildas på botten av sjöar och som länge har ansetts spela en avgörande roll för livets uppkomst på jorden.

Smectitleror är också mycket bra på att bevara fossiler och annat organiskt material. Mikrobiellt liv har teoretiserats vara möjligt på Mars, som observationer har visat har den en säsongsbetonad metan- och syrecykel.

Metan är en nyckelindikator på mikrobiellt liv och så denna cykel tyder på att det antingen finns liv under Mars jord, eller metan lagras i klatrater (en typ av material som fångar molekyler) och frigörs vid uppvärmning under marssommaren. Om Jezero-kratern någonsin haft något mikrobiellt liv, det finns en god chans att fossila lämningar skulle finnas i jorden, väntar på upptäckt.

Terrestrisk analys

Vi har redan en del kunskap om Mars-ytmiljön som erhållits från robotrymdfarkoster, men sådan analys är begränsad av hårdvaran vi kan skicka dit. Genom att ta tillbaka ett prov till jorden kan vi göra mycket mer exakta mätningar som avgörande, är repeterbara. Terrestra laboratorier är framtidssäkra – när ny teknik utvecklas, prover kan analyseras om med större precision.

Faktiskt, Månprover som hämtats under Apollo-uppdragen ger fortfarande resultat idag, cirka 50 år efter att de samlades in.

Miniatyriserade instrument monterade på robotrymdfarkoster, som mikroskop och spektrometrar, är kapabla, men deras känslighet matchar helt enkelt inte motsvarande instrument på jorden - främst på grund av massabegränsningar, storlek, och effektkrav på en rymdfarkost.

På jorden, det kommer att vara möjligt att avbilda marsprover i skalor som är tillräckligt fina för att se atomstruktur och detektera beståndsdelar i mycket mindre koncentrationer än vad som skulle vara möjligt på den röda planeten. Marsprover som förs till jorden kan också dateras korrekt, potentiellt tillåta forskare att svara på frågan om hur länge sedan vattnet satt i Jezero. Alla mikrobiella fossiler i jorden skulle också vara synliga med dessa tekniker.

Dessutom, en bättre förståelse av materialegenskaperna hos marsjord kommer att informera ingenjörer om dess potential att användas som ett framtida byggmaterial. Sådan kunskap kan vara avgörande för att planera framtida mänsklig utforskning till Mars.

Komplexiteten i detta projekt ger en uppfattning om hur svårt det kommer att vara att skicka människor till Mars och få tillbaka dem igen. Om vi ​​lyckas med detta exempel på returuppdrag, vi är definitivt ett steg närmare att kunna skicka ett bemannat uppdrag till den röda planeten, med de returnerade proverna som avslöjar de mest intressanta platserna för oss att besöka personligen.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.