Statek kosmiczny NASA ma zamiar zgarnąć gruz z asteroidy

Ilustracja tego, jak może wyglądać manewr OSIRIS-REx TAGSAM, gdy sonda schodzi w dół do Bennu, aby pobrać próbkę. NASA/Goddard/Uniwersytet Arizony

Od grudnia 2018 roku sonda OSIRIS-REx krąży wokół asteroidy Bennu i próbuje dowiedzieć się więcej o jej chemii i geologii. I nie bez powodu: Bennu to kapsuła czasu, mówi Thomas Zurbuchen, szef Dyrekcji Misji Naukowych NASA. Istnieje od 4,5 miliarda lat i niesie ze sobą historię tego środowiska.

Jeśli szczegółowo przestudiujemy 1640-metrowe Bennu i inne podobne asteroidy, możemy potencjalnie odkryć, w jaki sposób składniki, które prowadzą do powstania planet takich jak Ziemia – i ostatecznie życia – łączą się. Teraz najtrudniejsza rzecz: zdobycie próbki.

OSIRIS-REx już w pewnym stopniu się opłacił. W niecałe dwa lata potwierdziliśmy, że Bennu jest bogate w substancje organiczne i uwodnione minerały. Pewnie się tego nauczyliśmy kiedyś przez jego wnętrze przepływały ogromne rzeki . Widzieliśmy, że to aktywna asteroida – traci masę poprzez wyrzucanie gruzu . Dowiedzieliśmy się również, wbrew naszym początkowym przekonaniom, że powierzchnia asteroidy nie jest pokryta drobnymi ziarnami jak piaszczysta plaża, ale pokryta jest głazami. Jest szorstki, skalisty i wytrzymały.

Ale wszystkie te rewelacje bledną w porównaniu z tym, czego moglibyśmy się dowiedzieć, gdyby udało nam się zdobyć próbki Bennu, które naukowcy mogliby zbadać w laboratorium. Taki właśnie cel nadejdzie 20 października, kiedy OSIRIS-REx spadnie w kierunku powierzchni asteroidy i spróbuje zebrać trochę gruzu i pyłu z powierzchni. Będzie to jedna z najtrudniejszych rzeczy, jakich NASA kiedykolwiek próbowała, odbywając się w napiętej 4,5 godziny ponad 200 milionów mil od Ziemi. Następnie musi bezpiecznie sprowadzić próbkę z powrotem w ciągu następnych trzech lat.

Zwroty próbek asteroidów mogą już brzmieć znajomo — japońska misja Hayabusa 2 zebrała trochę materiału z asteroidy Ryugu i przyniesie je z powrotem w grudniu. Ale w przeciwieństwie do Hayabusa 2, który używał szybkie pociski kosmiczne do odzyskania tych próbek , OSIRIS-REx użyje czegoś, co można opisać jako odkurzacz wsteczny.

Nazywa się TAGSAM, skrót od mechanizmu akwizycji próbek typu „dotknij i idź”. Jest to ramię o długości 11 stóp z głowicą zbierającą zamontowaną na końcu. Gdy głowica zbliża się do asteroidy, wystrzeliwuje gazowy azot na powierzchnię, aby poruszyć materiał w kierunku głowicy zbierającej — najlepiej jest to, gdy cząsteczki mają dwa centymetry lub mniej. Według Olivii Billett, kierującej misją naukową w Lockheed Martin, jest to całkowicie nowa koncepcja zbierania próbek pozaziemskich. Głowica TAGSAM została zaprojektowana przez inżyniera Lockheed Martin w jego garażu, który po prostu pracuje z puszką ze sprężonym powietrzem i plastikowym kubkiem, mówi.

Próbnik został początkowo zaprojektowany dla piaszczystej plaży kosmicznej o powierzchni 165 stóp. Jak teraz wiemy, nic takiego nie istnieje na Bennu. Zamiast tego zespół zdecydował się teraz na Nightingale, miejsce o średnicy 52 stóp znajdujące się w kraterze, który uważa się za dobrze zachowany. Wokół miejsca znajdują się głazy wielkości budynków i wiele innych dużych skał, które mogą zakłócić pobieranie próbek lub całkowicie zniszczyć ramię TAGSAM. Ale nadal daje najlepszą okazję do bezpiecznego zebrania znaczącego materiału.

Opracowano również kilka nowych funkcji, aby zapewnić bezpieczeństwo sondy podczas zabiegu. Jednym z nich było odrzucenie nieprecyzyjnego systemu nawigacji i naprowadzania opartego na lidar na rzecz naturalne śledzenie cech (NFT), w którym kamera optyczna w sposób ciągły wykonuje zdjęcia powierzchni podczas 4,5-godzinnej procedury TAGSAM i przetwarza je, aby zaktualizować oszacowanie trajektorii statku kosmicznego. Według Billetta jest to pierwszy przypadek użycia NFT w ramach misji kosmicznej. Ponieważ komunikacja między Ziemią a OSIRIS-REx zajmuje więcej niż 18 minut, autonomiczna kontrola będzie miała kluczowe znaczenie dla dostosowania manewrów w locie.

Oto jak będzie działać zbieranie próbek:

W przygotowaniu

Zespół OSIRIS-REx spędził tygodnie na wprowadzaniu wszystkich odpowiednich poleceń, aby skrupulatnie manewrować statkiem kosmicznym, tak aby do 20 października znalazł się dokładnie we właściwym miejscu do rozpoczęcia procesu pobierania próbek.

2500 stóp nad powierzchnią — 4,5 godziny od przyziemienia

Statek kosmiczny rozpoczyna manewr opuszczenia orbity i przejścia w kierunku Nightingale. Krótko po opuszczeniu orbity ramię TAGSAM jest wypuszczane, statek kosmiczny obraca się do właściwej orientacji, a kamera nawigacyjna, która włącza system NFT, jest przekierowywana w stronę powierzchni Bennu. Stąd NFT będzie pracować nad ciągłym określaniem pozycji OSIRIS-REx i zapewnianiem jego bezpieczeństwa w odniesieniu do mapy zagrożeń na powierzchni.

410 stóp — 20 minut od przyziemienia

Macierze słoneczne statku kosmicznego są złożone w pozycji Y-wing. OSIRIS-REx uruchamia silniki, aby wykonać spalanie w punkcie kontrolnym, co zapewnia, że ​​statek kosmiczny kieruje się w stronę Nightingale.

177 stóp — 10 minut od przyziemienia

Silniki odpalają ponownie, aby punkt zapałki spalał się, aby dopasować prędkość statku kosmicznego do obrotu asteroidy. Ustala to dokładny kontakt i prędkość przyziemienia, a statek kosmiczny zasadniczo spada na powierzchnię.

16 stóp

Jest to ostatni punkt odniesienia przed faktycznym pobraniem próbki. Jeśli NFT pomyśli, że ramię TAGSAM spada na coś niebezpiecznego oznaczonego przez mapę zagrożeń, automatycznie wykona przerwanie wypalania, które przesuwa statek kosmiczny w górę i oddala się od powierzchni. Billett mówi, że istnieje około 5,8% szans, że tak się stanie. W przeciwnym razie kieruje się w dół.

Przyziemienie

TAGSAM będzie miał krótki i bardzo delikatny kontakt z powierzchnią przez 5-10 sekund. W tym czasie zapala się butla z azotem i rozpoczyna się pobieranie próbek. Gdy to się skończy, silniki odpalą ponownie, a statek kosmiczny odleci na bezpieczną odległość od asteroidy.

Animacja pobierania próbek przez TAGSAM w warunkach niskiej grawitacji Bennu.

Dogrywka

Celem jest, aby głowa TAGSAM zebrała co najmniej 60 gramów materiału (choć potencjalnie mogłaby przybrać nawet dwa kilogramy). Zespół przeprowadzi serię eksperymentów w ciągu najbliższego tygodnia, aby sprawdzić, czy udało się to osiągnąć. Zacznie się od wizualnego dowodu głowy TAGSAM z jednej z kamer pokładowych. Następnie zespół zmierzy masę próbki wewnątrz głowicy TAGSAM. Tak naprawdę nie można zważyć rzeczy w polu mikrograwitacyjnym Bennu (jedna milionowa grawitacji na powierzchni Ziemi), więc skupimy się na obserwacji wirowania statku kosmicznego (który powinien się zmieniać wraz ze wzrostem masy). Jeśli zespół uzna, że ​​zebrano wystarczającą ilość próbki, zostanie ona umieszczona w kapsule zwrotnej próbki.

Ale w rzeczywistości istnieje 30% szans, że OSIRIS-REx nie zdoła zebrać wystarczającej ilości materiału. TAGSAM ma jeszcze dwie butle z azotem na dwie kolejne próby zbiórki. Ponieważ Nightingale został już zakłócony po pierwszym przyziemieniu, druga próba najprawdopodobniej nastąpi w styczniu w miejscu zwanym Osprey. Oznacza to, że potencjalnie moglibyśmy pobrać próbki z dwóch różnych miejsc na Bennu – a badacze na Ziemi musieliby rozplątać wszystko i dowiedzieć się, skąd się wzięło.

To może wydawać się kłopotliwe, ale byłaby to niewielka cena za wydobycie gruzu ze skały oddalonej o 200 milionów mil. Tak czy inaczej, OSIRIS-REx miał opuścić Bennu później w 2021 roku i dostarczyć zebrane próbki z powrotem do domu 24 września 2023 roku.

Poprawka 10/14: początkowa wersja historii stwierdzała, że ​​NFT zostało opracowane przez Lockheed Martin dla armii amerykańskiej. NFT został opracowany w ramach wewnętrznych prac badawczo-rozwojowych firmy, a nie dla armii amerykańskiej.

ukryć