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샘플 리턴 미션(sample-return mission)은 우주에서 채취한 샘플을 다시 지구로 가져오는 것을 뜻한다. 소행성의 흙, 달의 흙, 태양풍 입자, 우주 먼지 등을 지구로 다시 가져오는 것을 샘플 리턴 미션이라 칭한다.
보통 샘플 리턴 미션으로 채취한 샘플을 지구로 가져와서 두꺼운 열 차폐막을 씌운 뒤 지구로 떨어뜨린다. 떨어뜨려 가져온 샘플은 태양계의 형성 과정이나 특정 천체의 진화 과정 등을 연구하는 데 쓰인다.
대표적인 샘플 리턴 미션으로는 아폴로 12호(1969년), 제네시스(2004년), 스타더스트(2006년) 등이 있다.
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