NASA bad nyligen forskarvärlden att hjälpa till att komma med innovativa idéer för sätt att utföra sitt Mars Sample Return (MSR) uppdrag. Detta var ett svar på en rapport från en oberoende styrelse som ansåg att dess prislapp på 11 miljarder USD (8,7 miljarder pund) var för dyr och dess tidslinje för 2040 för långt fram i tiden.
I korthet var den ambitiösa planen att samla stenprover cachade inuti behållare av NASA:s Perseverance-rover och leverera dem till laboratorier på jorden. Uthållighet har utforskat Mars Jezero Crater, som en gång tros ha varit värd för en gammal sjö, sedan 2021. Uppdraget skulle leverera proverna genom att skicka en landare som bär en raket (NASA:s Sample Retrieval Lander) ner till Mars yta.
Uthållighet skulle sedan leverera de cachade stenproverna till landaren, med små drönarhelikoptrar levererade på landaren som backup. Perseverances prover skulle sedan skjutas upp i Mars omloppsbana med hjälp av landarens raket. En rymdfarkost som redan befinner sig i Mars-bana, Earth Return Orbiter, skulle sedan fånga upp dessa prover och leverera dem till jorden.
Att se deadlines skjutas in i framtiden är inte nytt. Det har hänt med NASA:s planer på att återvända till månen och Europas ExoMars-uppdrag för att hitta liv på den röda planeten. Även om det är bra att vara realistisk om tidslinjer, har rymdutforskningens landskap förändrats under de senaste två decennierna, eftersom organisationer som NASA upplever storskaliga ekonomiska påfrestningar och förluster av arbetstillfällen.
Statliga supermakter skickar inte längre människor till månen med enorma budgetar som de gjorde under Apollo-eran. Så innovation och effektivitet är avgörande för att göra rymdutforskning ekonomiskt möjligt.
Privata företag tar upp en större marknadsandel av ytan i väst. Detta är en vattendelare för utforskning av rymden och en väckarklocka för att driva innovation som begränsar utgifterna. Alternativet är att riskera att överge den sista gränsen.
Mars provretur har potential att vara vetenskapligt banbrytande på flera sätt. Stenar som samlats in från Jezero-kratern, närmare bestämt en häll som kallas Bunsen's Peak, har visat sig bestå av mineraler som avsatts i vatten.
På jorden är mineraler som deponeras genom vatten bra på att fånga biologiskt material, som mikroorganismer. De kan också ge en indikation på klimatförhållandena vid den tidpunkt då berget bildades.
Det finns gränser för vetenskapen som kan utföras med vetenskapliga instrument som också är tillräckligt lätta för att kunna lastas på en rover. Möjligheten att analysera prover av Mars-sten i ett labb på jorden skulle kunna ge djupgående insikter om möjligheterna för liv i rymden.
Men det finns en ännu mer grundläggande anledning till varför Mars provretur är så viktig. Det är en språngbräda för att sätta människor på Mars. NASA:s program för mänskligt rymdutforskning syftar uttryckligen till att sätta människor på Mars.
Om du inte kan ta tillbaka ett stenprov, hur kommer du någonsin få tillbaka en astronaut? Säker lagring och retur av varor genom att skjuta upp från en annan planet tillbaka till jorden, på ett ekonomiskt lönsamt sätt, är alla nödvändiga för ett mänskligt Mars-uppdrag.
Uppdrag i rymden är farliga, med astronauter som inte kan förlita sig på uppdragskontroll över 100 miljoner mil bort. Alla försök att sätta stövlar på Mars måste göras i etapper för att minska risken.
Ett antal rymdorganisationer runt om i världen undersöker potentiella uppdrag för att leverera prover av material från Mars eller dess månar, inklusive Kina och Japan. En del av anledningen till detta intresse är som ett proof-of-concept för mänskliga landningar – om än en förminskad sådan.
Trots uppdragets betydelse måste NASA fortfarande skära ned Mars-provets returbudget från 11 miljarder USD till 8 miljarder USD för att kunna uppfylla den. Medan en reviderad plan syftar till att effektivisera uppdragsarkitekturen för att göra den mindre komplex, som NASA:s uppmaning om idéer antyder, kommer innovation från akademin att behöva tas in på designnivå.
Det finns många exempel där ingenjörer redan kommer med innovationer för hårdvara för rymdutforskning som skulle kunna leverera sådana effektivitetsvinster. Till exempel kan mindre, lättare rovers som fortfarande klarar de hårda miljöerna på andra planetkroppar minska kostnaderna och ge andra fördelar.
Ett okonventionellt chassi baserat på hur sandfiskar rör sig på strandlinjer kan hjälpa rovers att övervinna stora hinder med färre hjul, vilket minskar dess vikt och storlek.
Vikt kan också sparas på rovers genom att utforska innovativa borr- och provtagningsmetoder. Prototyplösningar med interna mekanismer som stödjer lättare borrar och utökad provlagring bör vara en prioritet för designers. Dessa kanske inte hjälper det nuvarande Mars-provåtervändningsuppdraget, som kommer att använda en rover som redan är på Mars, men det kan sänka kostnaderna för framtida provtagningsuppdrag.
NASA ber forskarsamhället att komma på nya sätt att utföra Mars-provretur är ett erkännande av att saker och ting inte kan fortsätta som de är. Utforskning av rymden måste omfatta innovation, och ett första steg för det är att engagera sig i den akademiska världen.
För att konsolidera och påskynda övergångsforskning kommer överföring av kunskap från ursprungliga uppfinnare i labbet till fältet att vara avgörande för fältets livslängd och beror på närmare, hållbara relationer med akademiker och forskargrupper som tittar på rymden.
Privata företag som går in i rymdkapplöpningen – och nya rymdmakter som Indien, Kina, Saudiarabien och Förenade Arabemiraten – har visat att de är villiga att se bortom designen som har fungerat fram till nu och anammat innovation för att förbättra kostnadseffektiviteten.
Om inte äldre organisationer på allvar börjar överväga hur innovation och kunskapsöverföring kan göra rymdutforskning billigare, kommer de att behöva ställa sig svåra frågor i framtiden om de vill fortsätta delta i banbrytande rymdutforskning.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
