Misión de retorno de muestras

En julio de 1969, el Apolo 11 logró la primera recuperación exitosa de muestras de otro cuerpo del Sistema Solar al traer de vuelta 22 kilogramos (49 lb) de material de la superficie lunar. A esto le siguieron 34 kilogramos (75 lb) de material y partes de Surveyor 3 del Apolo 12 , 42,8 kilogramos (94 lb) de material del Apolo 14 , 76,7 kilogramos (169 lb) de material del Apolo 15 , 94,3 kilogramos (208 lb) de material del Apolo 16 y 110,4 kilogramos (243 lb) de material del Apolo 17. El programa Apolo en su conjunto trajo de vuelta más de 382 kg (842 lb) de rocas y regolito lunares , incluyendo suelo lunar , al Laboratorio de Recepción Lunar en Houston . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Hoy en día, el 75% de las muestras se almacenan en el Laboratorio de Muestras Lunares construido en 1979. ^{[ 12 ]}        

En 1970, la misión robótica soviética Luna 16 trajo de vuelta 101 gramos (3,6 oz) de suelo lunar, seguida por la Luna 20 con 55 gramos (1,9 oz) en 1974 y la Luna 24 con 170 gramos (6,0 oz) en 1976. Aunque recuperaron mucho menos que las misiones Apolo, lo hicieron de forma totalmente automática. Aparte de estos tres éxitos, otros intentos del programa Luna fracasaron. Las dos primeras misiones tenían como objetivo competir con el Apolo 11 y se llevaron a cabo poco antes, en junio y julio de 1969. La Luna E-8-5 n.º 402 falló en el despegue y la Luna 15 se estrelló en la Luna. Más tarde, otras misiones de retorno de muestras fracasaron: Kosmos 300 y Kosmos 305 en 1969, Luna E-8-5 No. 405 en 1970, Luna E-8-5M No. 412 en 1975 tuvieron lanzamientos fallidos, y Luna 18 en 1971 y Luna 23 en 1974 tuvieron aterrizajes fallidos en la Luna. ^{[ 13 ]}   

En 1970, la Unión Soviética planeó una primera misión de retorno de muestras de Marte en 1975, dentro del proyecto Mars 5NM . Esta misión estaba prevista para utilizar un cohete N1 , pero este nunca voló con éxito y la misión evolucionó hacia el proyecto Mars 5M , que emplearía un lanzamiento doble con el cohete Proton, de menor tamaño , y un ensamblaje en la estación espacial Salyut . Esta misión Mars 5M estaba prevista para 1979, pero fue cancelada en 1977 debido a problemas técnicos y su complejidad. ^{[ 14 ]}

El experimento Orbital Debris Collection (ODC), desplegado en la estación espacial Mir durante 18 meses en 1996-97, utilizó aerogel para capturar partículas de la órbita terrestre baja, incluyendo tanto polvo interplanetario como partículas artificiales. ^{[ 15 ]}

La siguiente misión para traer muestras extraterrestres fue la misión Génesis , que en 2004 trajo muestras de viento solar a la Tierra desde más allá de la órbita terrestre. Desafortunadamente, la cápsula Génesis no logró abrir su paracaídas al reingresar a la atmósfera terrestre y se estrelló en el desierto de Utah. Existía el temor de una contaminación grave o incluso la pérdida total de la misión, pero los científicos lograron salvar muchas de las muestras. Fueron las primeras en ser recolectadas desde más allá de la órbita lunar. Génesis utilizó un conjunto colector hecho de obleas de silicio ultrapuro , oro , zafiro y diamante . Cada oblea diferente se utilizó para recolectar una parte diferente del viento solar . ^{[ 16 ]}

A Genesis le siguió la nave espacial Stardust de la NASA , que trajo muestras de cometas a la Tierra el 15 de enero de 2006. Pasó sin problemas junto al cometa Wild 2 y recolectó muestras de polvo de su coma mientras tomaba imágenes de su núcleo. Stardust utilizó un colector hecho de aerogel de baja densidad (99% del cual es espacio), que tiene aproximadamente 1/1000 de la densidad del vidrio. Esto permite recolectar partículas cometarias sin dañarlas debido a las altas velocidades de impacto. Las colisiones de partículas con colectores sólidos, incluso ligeramente porosos, provocarían la destrucción de dichas partículas y daños al aparato de recolección. Durante el viaje, el colector recolectó al menos siete partículas de polvo interestelar. ^{[ 17 ]}

En junio de 2010, la sonda Hayabusa de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) trajo muestras de asteroides a la Tierra tras un encuentro (y aterrizaje) con el asteroide de tipo S 25143 Itokawa . En noviembre de 2010, los científicos de la agencia confirmaron que, a pesar del fallo del dispositivo de muestreo, la sonda recuperó microgramos de polvo del asteroide, los primeros traídos a la Tierra en condiciones prístinas. ^{[ 18 ]}

La misión rusa Fobos-Grunt fue un intento fallido de retorno de muestras diseñado para traer muestras de Fobos , una de las lunas de Marte. Fue lanzada el 8 de noviembre de 2011, pero no logró abandonar la órbita terrestre y se estrelló varias semanas después en el océano Pacífico Sur. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

JAXA lanzó la sonda espacial Hayabusa2 mejorada el 3 de diciembre de 2014. Hayabusa2 llegó al asteroide objetivo cercano a la Tierra de tipo C 162173 Ryugu (anteriormente designado 1999 JU 3 ) el 27 de junio de 2018. ^{[ 21 ]} Cartografió el asteroide durante un año y medio y tomó muestras. Abandonó el asteroide en noviembre de 2019 ^{[ 22 ] [ 23 ]} y regresó a la Tierra el 6 de diciembre de 2020. ^{[ 24 ]}

La misión OSIRIS-REx se lanzó en septiembre de 2016 con el objetivo de traer muestras del asteroide 101955 Bennu . ^{[ 25 ] [ 26 ]} Se espera que las muestras permitan a los científicos aprender más sobre el tiempo anterior al nacimiento del Sistema Solar, las etapas iniciales de la formación planetaria y el origen de los compuestos orgánicos que llevaron a la formación de la vida. ^{[ 27 ]} Llegó a las proximidades de Bennu el 3 de diciembre de 2018, ^{[ 28 ]} donde comenzó a analizar su superficie en busca de un área objetivo para la toma de muestras durante los meses siguientes. Recogió su muestra el 20 de octubre de 2020, ^{[ 29 ] [ 30 ]} y aterrizó de nuevo en la Tierra el 24 de septiembre de 2023, convirtiendo a OSIRIS-REx en la quinta misión exitosa de retorno de muestras para la humanidad, en su regreso de muestras de un cuerpo extraterrestre. ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} Poco después de que el contenedor de muestras fue recuperado y transferido a una "cámara hermética en el Centro Espacial Johnson en Houston, Texas", la tapa del contenedor fue abierta. Los científicos comentaron que "encontraron polvo negro y escombros en la cubierta de aviónica del contenedor científico OSIRIS-REx" en la apertura inicial. Se planeó un estudio posterior. El 11 de octubre de 2023, la cápsula recuperada fue abierta para revelar un "primer vistazo" al contenido de la muestra del asteroide. ^{[ 35 ] [ 36 ]} El 13 de diciembre de 2023, se informaron estudios adicionales de la muestra devuelta y revelaron moléculas orgánicas , así como materiales desconocidos que requieren más estudio para tener una mejor idea de su composición y composición. ^{[ 37 ] [ 38 ]} El 13 de enero de 2024, la NASA informó finalmente la apertura completa, después de tres meses de intentos, del contenedor recuperado con muestras del asteroide Bennu. ^{[ 39 ] [ 40 ]} El peso total del material recuperado fue de 121,6 g (4,29 oz) , más del doble del objetivo de la misión. ^{[ 41 ]}  

La CNSA de China lanzó las misiones de retorno de muestras lunares Chang'e 5 y 6 el 23 de noviembre de 2020 y el 3 de mayo de 2024, respectivamente, que regresaron a la Tierra con 2 kilogramos de suelo lunar cada una el 16 de diciembre de 2020 y el 25 de junio de 2024, respectivamente. ^{[ 42 ]} Estas fueron las primeras misiones de retorno de muestras lunares en más de 40 años. ^{[ 43 ]} La misión Chang'e 6, que aterrizó en la cuenca del cráter Apolo en el hemisferio sur de la cara oculta de la Luna, fue la primera en recuperar muestras de la cara oculta de la Luna , ya que todas las muestras lunares colectivas anteriores se habían recolectado de la cara visible . ^{[ 44 ]}

La misión Tianwen-2 de la CNSA se lanzó en mayo de 2025 con el objetivo de traer muestras de 469219 Kamoʻoalewa . ^{[ 45 ]}

La CNSA planea una misión de retorno de muestras de Marte para 2030. ^{[ 46 ] [ 47 ]}

JAXA está desarrollando la misión MMX , una misión de retorno de muestras a Fobos que se lanzará en 2026. ^{[ 48 ]} MMX estudiará ambas lunas de Marte , pero el aterrizaje y la recolección de muestras se realizarán en Fobos. Esta elección se hizo debido a que, entre las dos lunas, la órbita de Fobos está más cerca de Marte y su superficie puede contener partículas expulsadas de Marte. Por lo tanto, la muestra podría contener material originario del propio Marte. ^{[ 49 ]} Se espera que un módulo de propulsión que transporta la muestra regrese a la Tierra en 2031. ^{[ 48 ]}

La NASA y la ESA han planeado durante mucho tiempo una misión de retorno de muestras de Marte . ^{[ 50 ]} El rover Perseverance , desplegado en 2020, está recolectando muestras de núcleos de perforación y almacenándolas en la superficie marciana. ^{[ 51 ]} Hasta septiembre de 2023, había recolectado una muestra atmosférica y 8 muestras de roca ígnea, 11 muestras de roca sedimentaria y un par de muestras de regolito. ^{[ 52 ]} El 22 de noviembre de 2023, la NASA anunció que estaba reduciendo la misión de retorno de muestras de Marte debido a la escasez de fondos. ^{[ 53 ]} En enero de 2024, el plan propuesto por la NASA fue cuestionado debido a consideraciones de presupuesto y cronograma, y ​​se inició una investigación sobre planes alternativos. ^{[ 54 ]}

Rusia tiene previsto lanzar las misiones Luna-Glob para traer muestras de la Luna en 2027 y la misión Mars-Grunt para traer muestras de Marte a finales de la década de 2020.

Un conjunto de colectores puede utilizarse para recolectar millones o miles de millones de átomos, moléculas y partículas finas mediante obleas fabricadas con diferentes elementos. La estructura molecular de estas obleas permite la recolección de partículas de diversos tamaños. Los conjuntos de colectores, como los utilizados en la misión Genesis , son ultrapuros para garantizar la máxima eficiencia de recolección, durabilidad y capacidad de análisis.

Los conjuntos de colectores son útiles para recolectar átomos diminutos y de alta velocidad, como los expulsados ​​por el Sol a través del viento solar, pero también pueden utilizarse para recolectar partículas más grandes, como las que se encuentran en la coma de un cometa. La nave espacial Stardust de la NASA implementó esta técnica. Sin embargo, debido a la alta velocidad y el tamaño de las partículas que componen la coma y el área circundante, un conjunto de colectores de estado sólido de alta densidad no era viable. Por lo tanto, fue necesario diseñar otro método para recolectar muestras que garantizara la seguridad de la nave espacial y de las propias muestras.

Aerogel

El aerogel es un sólido poroso a base de sílice con una estructura similar a la de una esponja, cuyo volumen está compuesto en un 99,8 % por espacio vacío. El aerogel tiene aproximadamente 1/1000 de la densidad del vidrio. Se utilizó aerogel en la nave espacial Stardust porque las partículas de polvo que debía recolectar tendrían una velocidad de impacto de aproximadamente 6  km/s. Una colisión con un sólido denso a esa velocidad podría alterar su composición química o vaporizarlas por completo. ^{[ 55 ]}

Dado que el aerogel es mayormente transparente y las partículas dejan un rastro en forma de zanahoria al penetrar la superficie, los científicos pueden encontrarlas y recuperarlas fácilmente. Debido a que sus poros son de escala nanométrica , las partículas, incluso las más pequeñas que un grano de arena, no simplemente atraviesan el aerogel por completo. En cambio, se detienen y quedan incrustadas en él. La nave espacial Stardust tiene un colector con forma de raqueta de tenis con aerogel incorporado. El colector se retrae dentro de su cápsula para su almacenamiento seguro y su posterior regreso a la Tierra. El aerogel es bastante resistente y soporta fácilmente tanto el entorno de lanzamiento como el espacial. ^{[ 55 ]}

Los riesgos y dificultades de las misiones de retorno de muestras que requieren el aterrizaje en un cuerpo extraterrestre, como un asteroide, una luna o un planeta, se deben principalmente al tiempo, los recursos financieros y técnicos necesarios para iniciar dichos planes. Se requiere alta precisión y exactitud para asegurar que todo, incluyendo el lanzamiento, el aterrizaje, la recuperación y el regreso a la Tierra, se desarrolle sin problemas.

Este tipo de retorno de muestras, si bien conlleva los mayores riesgos, es el más gratificante para la ciencia planetaria . Además, estas misiones ofrecen un gran potencial de divulgación pública, un atributo importante para la exploración espacial en lo que respecta al apoyo público. Las únicas misiones robóticas de retorno de muestras de este tipo que han tenido éxito han sido las sondas lunares soviética Luna y china Chang'e . Si bien otras misiones recolectaron materiales de asteroides por diversos medios, lo hicieron sin "aterrizar" debido a su bajísima gravedad.