Et NASA-rumfartøj er ved at øse nogle asteroidebrokker op

En illustration af, hvordan OSIRIS-REx TAGSAM-manøvren kan se ud, når rumfartøjet går ned til Bennu for at indsamle en prøve. NASA/Goddard/University of Arizona

Siden december 2018 har OSIRIS-REx-rumfartøjet kredset om asteroiden Bennu og forsøgt at finde ud af mere om dets kemi og geologi. Og med god grund: Bennu er en tidskapsel, siger Thomas Zurbuchen, lederen af ​​NASAs Science Mission Directorate. Det har været derude i 4,5 milliarder år og bærer det miljøs historie med sig.

Hvis vi studerer 1.640 meter lange Bennu og andre asteroider som det i dybe detaljer, kan vi potentielt afsløre, hvordan de ingredienser, der fører til dannelsen af ​​planeter som Jorden - og i sidste ende liv - kommer sammen. Nu kommer det svære: at få en prøve.

OSIRIS-REx har allerede til en vis grad betalt sig. På mindre end to år har vi bekræftet, at Bennu er rig på organiske stoffer og hydrerede mineraler. Vi har nok lært det havde engang massive floder af vand, der strømmede gennem dens indre . Vi har set, at det er en aktiv asteroide - den mister masse gennem udstødning af affald . Vi har også erfaret, i modsætning til vores oprindelige overbevisning, at overfladen af ​​asteroiden ikke er indkapslet i fine korn som en sandstrand, men snarere dækket af kampesten. Det er groft, stenet og robust.

Men alle disse afsløringer blegner i forhold til, hvad vi kunne lære, hvis vi er i stand til at få nogle prøver af Bennu her, som videnskabsmænd kan studere i laboratoriet. Det er netop målet den 20. oktober, hvor OSIRIS-REx vil styrte ned mod overfladen af ​​asteroiden og forsøge at øse noget murbrokker og støv op fra overfladen. Det vil være en af ​​de sværeste ting, NASA nogensinde har forsøgt, og den finder sted over 4,5 timer mere end 200 millioner miles væk fra Jorden. Så skal den bringe prøven sikkert tilbage i løbet af de næste tre år.

Returnering af asteroideprøver lyder måske allerede bekendt for dig - Japans Hayabusa 2-mission indsamlede noget materiale fra asteroiden Ryugu og vil bringe dem tilbage i december. Men i modsætning til Hayabusa 2, som brugte højhastigheds rumkugler for at hente disse prøver , OSIRIS-REx vil bruge, hvad der kunne beskrives som en omvendt støvsuger.

Det kaldes TAGSAM, en forkortelse for touch-and-go sample acquisition mechanism. Det er en 11 fod lang arm med et opsamlingshoved monteret på enden. Når hovedet kommer tættere på asteroiden, affyrer det nitrogengas på overfladen i et forsøg på at røre materiale op mod opsamlingshovedet - ideelt set alle partikler, der er to centimeter eller mindre. Ifølge Olivia Billett, missionsvidenskabsleder hos Lockheed Martin, er det et helt nyt koncept for indsamling af udenjordiske prøver. TAGSAM-hovedet blev designet af en Lockheed Martin-ingeniør i hans garage, der bare arbejdede med en dåse med trykluft og en plastikkop, siger hun.

Prøvetageren blev oprindeligt designet til en sandstrand med et areal på 165 fod. Som vi ved nu, findes der ikke noget lignende på Bennu. Så i stedet har holdet nu slået sig ned på Nightingale, et sted på 52 fod i diameter, der sidder inde i et krater, der menes at være velbevaret. Der er kampesten på størrelse med bygninger, der omgiver stedet, og mange andre store sten, der kan forstyrre prøveindsamlingen eller fuldstændig ødelægge TAGSAM-armen. Men det giver stadig den bedste mulighed for en sikker samling af meningsfuldt materiale.

Et par nye funktioner blev også udviklet for at forsøge at holde sonden sikker under proceduren. Det ene var at nixe et upræcist lidar-baseret navigations- og vejledningssystem til fordel for sporing af naturlige funktioner (NFT), hvor et optisk kamera kontinuerligt tager billeder af overfladen gennem den 4,5-timers TAGSAM-procedure og behandler dem for at opdatere estimatet af rumfartøjets bane. Ifølge Billett er det første gang, NFT bliver brugt som en del af en rummission. Da det tager mere end 18 minutter for kommunikation at gå én vej mellem Jorden og OSIRIS-REx, vil autonom kontrol være afgørende for justering af manøvrer undervejs.

Sådan fungerer prøvesamlingen:

Under forberedelse

OSIRIS-REx-teamet har brugt uger på at indtaste alle de rigtige kommandoprompter for omhyggeligt at manøvrere rumfartøjet, så det senest den 20. oktober vil være det helt rigtige sted at begynde prøveindsamlingsprocessen.

2.500 fod over overfladen - 4,5 timer fra landing

Rumfartøjet begynder en manøvre for at forlade kredsløb og transit mod Nightingale. Kort efter at den forlader kredsløbet, sættes TAGSAM-armen ud, rumfartøjet roterer i den rigtige orientering, og navigationskameraet, der aktiverer NFT-systemet, omdirigeres mod Bennus overflade. Herfra vil NFT arbejde på konstant at bestemme OSIRIS-REx's position og sikre dens sikkerhed i forhold til et kort over farer på overfladen.

410 fod - 20 minutter fra touchdown

Rumfartøjets solarrays er foldet til en Y-vingeposition. OSIRIS-REx affyrer sine thrustere for at udføre en checkpoint-afbrænding, som sikrer, at rumfartøjet er på vej mod Nightingale.

177 fod - 10 minutter fra touchdown

Thrustere skyder igen for tændstiksbrændingen for at matche rumfartøjets hastighed med asteroidens rotation. Dette indstiller den præcise kontakt og hastighed for touchdownet, og rumfartøjet er i det væsentlige i en frit fald ned til overfladen.

16 fod

Dette er det sidste benchmark, før selve prøveindsamlingen finder sted. Hvis NFT tror, ​​at TAGSAM-armen kommer ned på noget farligt, der er markeret af farekortet, vil den automatisk udføre en abortforbrænding, der flytter rumfartøjet op og væk fra overfladen. Billett siger, at der er omkring 5,8 % chance for, at dette kan ske. Ellers bliver det ved med at gå nedad.

Touchdown

TAGSAM vil komme i kort og meget blid kontakt med overfladen i fem til 10 sekunder. I løbet af den tid brænder nitrogengasflasken, og prøveindsamlingen går i gang. Når det er overstået, vil thrusterne skyde igen, og rumfartøjet vil begive sig ud til en sikker afstand fra asteroiden.

En animation af prøvesamlingen af ​​TAGSAM i Bennus lavtyngdekraftsmiljø.

Eftervirkningerne

Målet er, at TAGSAM-hovedet skal opfange mindst 60 gram materiale (selvom det potentielt kan tage så meget som to kilo). Holdet vil køre en række eksperimenter i løbet af den næste uge eller deromkring for at verificere, om dette er blevet opnået. Det starter med visuelt bevis på TAGSAM-hovedet fra et af de indbyggede kameraer. Derefter vil holdet måle massen af ​​prøven inde i TAGSAM-hovedet. Du kan ikke rigtig veje ting i Bennus mikrotyngdekraftsfelt (en milliontedel af tyngdekraften ved Jordens overflade), så dette vil fokusere på at observere rumfartøjets spin (som bør ændre sig med tilføjet masse). Hvis holdet mener, at der er blevet indsamlet en tilstrækkelig prøve, vil den blive gemt i prøve-returkapslen.

Men der er faktisk 30 % chance for, at OSIRIS-REx ikke opfanger nok materiale. TAGSAM har yderligere to nitrogengasflasker til yderligere to opsamlingsforsøg. Fordi Nightingale allerede vil være blevet forstyrret af det første touchdown, vil et andet forsøg højst sandsynligt finde sted i januar på et sted kaldet Osprey. Det betyder, at vi potentielt kan få prøver fra to forskellige steder på Bennu - og det ville være op til forskere på Jorden at skille alt fra hinanden og finde ud af, hvad der stammer fra hvorfra.

Det kan virke som et besvær, men det ville være en lille pris at betale for at få noget murbrokker fra en sten 200 millioner miles væk. Uanset hvad, ville OSIRIS-REx efter planen forlade Bennu senere i 2021 og levere de indsamlede prøver hjem den 24. september 2023.

Rettelse 10/14: den første version af historien erklærede, at NFT blev udviklet af Lockheed Martin til den amerikanske hær. NFT blev udviklet som en del af intern forskning og udvikling af virksomheden, ikke for det amerikanske militær.

skjule