Cette mission Flagship particulièrement complexe du programme Aurora requiert cinq vaisseaux pouvant fonctionner de manière indépendante : un vaisseau de liaison Terre-Mars, un orbiteur martien, un module de descente, un module de remontée et un vaisseau de retour vers la Terre.

Lorsque le vaisseau principal parvient en orbite martienne basse, le module de descente peut alors s'en séparer et amorcer sa descente vers le sol. Celui-ci comprend une plate-forme d'atterrissage dont le rôle est aussi de collecter des échantillons de surface et les introduire dans un compartiment du module de remontée.

Ce dernier est un véritable véhicule de lancement à part entière, dont la mission consiste à injecter la capsule contenant les échantillons martiens en orbite, à la rencontre d'un module de retour avec lequel il devra opérer un rendez-vous entièrement automatique puis, à la faveur d'une nouvelle impulsion, s'inscrire sur une trajectoire balistique de retour vers la Terre. Après sa rentrée atmosphérique, la capsule contenant les précieux échantillons sera elle-même renfermée dans une enceinte totalement étanche et blindée avant d'être remise aux scientifiques qui pourront les étudier en toute sécurité et sans risque de contamination.

Une structure gonflable d'aérofreinage sera probablement utilisée en vue de la traversée de l'atmosphère martienne, semblable à celle proposée pour la mission Exo-Mars. Pour la rentrée terrestre, un système de parachutes ou un dispositif gonflable sont aussi envisagés.

Plusieurs technologies nouvelles devront être utilisées pour réussir cette mission novatrice. Celles-ci incluent le dispositif d'atterrissage sur la Planète Rouge, le véhicule de remontée, le complexe système de rendez-vous et de capture automatique en orbite martienne et le véhicule de retour ou capsule. En principe, tous ces éléments pourront être testés en orbite terrestre, excepté le dispositif de rendez-vous martien et d'arrimage qui devrait être qualifié de préférence en dernier ressort en conditions réelles en orbite martienne.

Les principaux facteurs déterminants de cet ambitieux projet sont :

Site d'atterrissage

Sa détermination peut toutefois être reportée dans l'attente d'une meilleure connaissance des environnements géochimique, biologique et environnementaux de la planète, qui ne manqueront pas d'être acquises lors de missions d'exploration automatiques préalables. La conception de l'atterrisseur de Mars Sample Return devra être suffisamment robuste pour s'adapter à différents modèles de terrains.

Importance des échantillons

500 grammes paraissent être une valeur idéale, en concordance avec les recommandations de l'IMEWG (International Mars Exploration Working Group).

Collecte d'échantillons

L'utilisation d'une foreuse miniaturisée est indispensable afin de collecter des échantillons à une certaine profondeur. Ceux-ci devront être nécessairement collectés sous la couche de surface, rendue stérile suite au bombardement incessant des radiations solaires qui, contrairement à ce qui se passe en environnement terrestre, ne sont pas atténuées par une atmosphère importante et filtrante. Il paraît de plus impossible de découvrir des fossiles de formes de vie en surface suite à l'oxydation des roches susceptible de détruire les signatures biologiques identifiables.

Protection des échantillons

Des précautions extrêmes s'avèrent indispensables pour protéger les échantillons de toute contamination, et cela dans les deux sens. D'une part, il serait catastrophique pour toute étude ultérieure de contaminer la planète Mars par des germes provenant de notre Terre, et d'autre part, il convient de s'assurer qu'aucun hypothétique germe martien ne puisse contaminer notre propre planète.

Si tout fonctionne comme prévu et si le planning est respecté, cette mission innovatrice et complexe pourrait être lancée dès 2011.