, désigné également par son acronyme MSR, est une mission avortée de retour d'échantillons de sol martien sur Terre développée par l'agence spatiale américaine, la NASA, en collaboration avec l'Agence spatiale européenne. Ce projet remplit des objectifs scientifiques considérés comme fondamentaux pour la planétologie. Les instruments utilisés jusque là par les engins automatiques qui se sont posés sur le sol martien n'ont pu apporter que des informations limitées du fait de leur masse ne dépassant pas quelques dizaines de kilogrammes. Seuls les équipements terrestres permettront, en analysant les échantillons ramenés sur Terre, de contribuer à répondre aux questions portant sur l'histoire de Mars et celle du système solaire et sur la présence éventuelle de formes de vie passées.

Longtemps différé pour des raisons de coût et de difficultés techniques, le projet MSR est initié par le développement par la NASA de l'astromobile , qui s'est posé début 2021. Un des objectifs de cette mission est de collecter et de documenter les échantillons du sol martien qui seront ramenés sur Terre. La mission MSR proprement dite nécessite la mise en œuvre de deux autres engins spatiaux. (SRL), sous maîtrise d’œuvre de la NASA, doit se poser sur le sol martien et récupérer à l'aide d'un bras les échantillons qui seront amenés sur place par l'astromobile Perseverance. Les échantillons seront emportés par une petite fusée à propergol solide comportant deux étages, (MAV), qui s'insèrera en orbite martienne. Un deuxième engin spatial, (ERO) sous maîtrise d’œuvre de l'Agence spatiale européenne, doit se placer sur une orbite basse autour de Mars pour réaliser un rendez-vous orbital avec la fusée et récupérer le conteneur. ERO doit quitter l'orbite martienne et survoler la Terre pour larguer le conteneur protégé par un bouclier thermique. Celui-ci, après une rentrée atmosphérique, doit effectuer un atterrissage en douceur à la surface de la Terre. Son contenu sera par la suite analysé dans des installations conçues à cet effet. Pour pallier une défaillance de Perseverance avant l'arrivée de la mission de récupération, SRL emporte deux petits hélicoptères, dérivant directement d', qui pourront si nécessaire récupérer les tubes contenant des échantillons placés dans les dépôts constitués dans ce but par l'astromobile.

Le retour d'échantillons martiens se caractérise par plusieurs premières techniques et impose l'enchaînement de trois missions spatiales distinctes dont aucune ne doit échouer. La récupération des échantillons nécessite un atterrissage d'une grande précision (). L'atterrisseur SRL a une masse beaucoup plus élevée que , ce qui rend particulièrement difficile l'atterrissage compte tenu de la faible densité de l'atmosphère martienne. Le décollage d'une fusée depuis le sol martien, loin de toute assistance humaine et dans des conditions hostiles (température, stockage prolongé des mécanismes délicats du lanceur), constituera une première. La récupération des échantillons et leur encapsulation repose sur un enchaînement entièrement automatisé de tâches complexes (rendez-vous orbital).

Le feu vert pour le développement des deux missions de récupération est donné par la NASA fin 2020 et une ligne budgétaire d'un montant important est inscrite dans son budget pour 2022 et les années suivantes. De son côté, l'Agence spatiale européenne confie le développement de l'orbiteur ERO à Airbus. Selon le planning en vigueur courant 2023, les engins spatiaux ERO et SRL seront lancés respectivement en 2027 et 2028 et la capsule contenant les échantillons martiens atterrira sur Terre en 2033. Le coût de la mission, qui croît régulièrement et atteint en 2023 environ 8 à hors coût de fonctionnement, est source de controverses aux États-Unis et menace les autres projets d'exploration du système solaire de la NASA.

En , le Congrès américain annule la mission.

Historique du projet Apport d'une mission de retour d'échantillons

Une mission qui réaliserait le retour d'échantillons du sol martien sur Terre présente de nombreux avantages par rapport aux missions scientifiques utilisant des robots équipés de mini-laboratoires embarqués comme . En effet : faute de pouvoir miniaturiser les instruments les plus puissants (microscope électronique), ceux-ci ne sont disponibles que sur Terre ; certaines manipulations ne peuvent être automatisées ; le retour d'échantillons sur Terre permet de recommencer les analyses à mesures que les outils d'investigation progressent. Suite aux révisions budgétaires de 2025, le programme Mars Sample Return a été restructuré. La nouvelle architecture privilégie l'utilisation de deux hélicoptères de récupération améliorés (basés sur le succès d'Ingenuity) pour transférer les tubes d'échantillons vers l'atterrisseur de remontée (MAV), avec un lancement désormais ciblé vers 2028-2030..

Premiers projets de retour d'échantillons de sol martiens

Depuis les années 1980, plusieurs projets spatiaux sont étudiés, principalement aux États-Unis, dont le but est de ramener des échantillons de sol martien sur Terre. Toutes les études butent sur des problématiques de coût et de faisabilité technique. Elles permettent toutefois de définir et affiner un scénario réaliste et adoptent finalement un découpage en trois missions.

Le scénario de la mission unique, retenu lors des premières études, se heurte d'une part aux contraintes de masse des engins envoyés vers Mars par les lanceurs les plus puissants et d'autre part à la masse maximale qui peut être posée sur Mars avec les techniques maîtrisées (environ une tonne au maximum). Aussi les missions récentes étudiées par la NASA impliquent-elles le lancement de trois sondes spatiales distinctes : un astromobile, qui est déposé sur le sol martien et qui est chargé d'identifier les échantillons de sol intéressants, de les prélever et de les conditionner ; un engin qui transporte à la fois un astromobile et une fusée. L'astromobile va rechercher les échantillons préparés par la mission précédente puis les transporte jusqu'à la fusée qui décolle et se place sur une orbite basse autour de la planète ; un engin de type orbiteur, qui se place sur une orbite basse martienne puis réalise un rendez-vous avec la fusée remontant depuis la surface de Mars. Le conteneur renfermant les échantillons de sol est transféré dans l'orbiteur, puis celui-ci quitte l'orbite martienne et entame son retour sur Terre. Lors du survol de celle-ci, une capsule contenant les échantillons est larguée, qui pénètre dans l'atmosphère terrestre et atterrit en douceur dans une région désertique.

Premier projet NASA/CNES (début des années 2000)

À la fin des années 90, la NASA et le CNES ont étudié la possibilité de missions conjointes pour rapporter des échantillons de sol martien. Ce programme, déjà nommé devait exploiter les créneaux de lancement de 2003 et 2005.. Lors du premier lancement en 2003, un ou deux rovers de la NASA devaient être envoyés avec un lanceur américain ( ou ). L'un des rovers devait posséder un mini-lanceur () capable de mettre en orbite martienne des conteneurs contenant les échantillons. Le second lancement, en 2005, était à la charge du CNES qui devait envoyer grâce à une un orbiteur récupérer les échantillons en orbite et les ramener à la Terre. Ce projet, très semblable au projet actuel, fut abandonné pour des raisons à la fois techniques et budgétaires..

Retour d'échantillons martiens : un projet prioritaire de la communauté scientifique (2011)

Le Rapport décennal sur les sciences planétaires rédigé en 2011 par des représentants de la communauté scientifique et publié par le Conseil national de la recherche des États-Unis définit les objectifs scientifiques prioritaires de l'exploration spatiale du système solaire pour la décennie à venir. Le rapport place au premier rang le retour d'un échantillon de sol martien sur Terre. Il recommande que l'agence spatiale américaine, la NASA, lance avant 2022 la mission réalisant la première étape de ce programme, c'est-à-dire la mission de collecte des échantillons, dans la mesure où son coût peut être maintenu sous la barre des de dollars. À l'époque, la NASA a entamé une collaboration avec l'Agence spatiale européenne pour ramener des échantillons sur Terre. La première mission de ce projet, à la charge de la NASA, est baptisée (MAX-C). L'architecture de cette mission repose sur celle de , qui est sur le point d'être lancée par la NASA..

Mission Mars 2020 / : première phase du projet (2012)

En 2011 la NASA, pour des raisons budgétaires, décide d'annuler le projet MAX-C. La mission de retour d'échantillons martiens est repoussée à une date indéterminée..

À la suite de l'atterrissage réussi de l'astromobile (mission ) en , le président des États-Unis Barack Obama décide d'inclure dans le budget de la NASA la réalisation d'un nouveau rover martien. Contrairement à la démarche habituelle, cette décision est prise sans qu'aucun objectif scientifique n'ait été fixé à la future mission. Ce projet est rendu public par la NASA le , au cours d'un congrès de l'Union américaine de géophysique à San Francisco : l'astromobile, qui reprend l'architecture du MSL/ y compris le système de rentrée atmosphérique et d'atterrissage, doit être lancé vers Mars en 2020. La charge utile de l'astromobile doit être différente de celle de . Grâce à la réutilisation des composants du MSL, l'agence spatiale table sur un coût de de dollars, autant que pour MSL....

En , à la demande de la NASA, un comité issu de la communauté scientifique (la ou SDT) est constitué pour définir les objectifs de la future mission. Le rapport de plus de rendu début fixe comme principal objectif la collecte d'échantillons martiens et leur stockage à la surface de la planète en attendant une mission chargée de les ramener sur Terre. Il lance donc la première phase du projet de retour d'échantillons de sol martien sur Terre régulièrement différé sans toutefois que ne soit planifié ni financées les phases permettant le retour de ceux-ci sur TerreJ.F. Mustard , op. cit. ..

Les objectifs principaux de la mission sont : explorer un environnement susceptible d'avoir accueilli la vie en analysant son histoire et les processus géologiques qui s'y sont déroulésJ.F. Mustard , op. cit. . ; rechercher des indices de signatures d'origine biologique dans une sélection de sitesJ.F. Mustard , op. cit. . : déterminer l'habitabilité de l'environnement par le passé de la zone explorée, si la zone a pu abriter des formes de vie, rechercher des matériaux qui ont pu préserver des signatures biologiques, recherche des indices potentiels de la vie en utilisant des techniques d'observation permettant de respecter les règles de protection planétaire ; collecter des échantillons de sol martien en connaissant leur contexte géologique précis pour permettre une future mission de retour d'échantillons du sol martien sur Terre : collecter des échantillons sélectionnés scientifiquement avec une description précise du terrain. Ces échantillons devront à la fois être les plus susceptibles de permettre l'identification d'indices de vie et bien représenter la diversité de la région explorée par l'astromobile.