NASA kosmosa kuģis gatavojas savākt asteroīdu šķembas

Ilustrācija tam, kā varētu izskatīties OSIRIS-REx TAGSAM manevrs, kosmosa kuģim nolaižoties uz Bennu, lai savāktu paraugu. NASA/Godāra/Arizonas Universitāte

Kopš 2018. gada decembra kosmosa kuģis OSIRIS-REx riņķo ap asteroīdu Bennu un cenšas uzzināt vairāk par tā ķīmiju un ģeoloģiju. Un laba iemesla dēļ: Bennu ir laika kapsula, saka Tomass Zurbuchens, NASA Zinātnes misijas direktorāta vadītājs. Tas ir pastāvējis 4,5 miljardus gadu un nes līdzi šīs vides vēsturi.

Ja mēs detalizēti pētīsim 1640 metrus garo Bennu un citus tam līdzīgus asteroīdus, mēs, iespējams, varam atklāt, kā sastāvdaļas, kas noved pie tādu planētu kā Zeme un galu galā arī dzīvības veidošanās, saplūst. Tagad nāk grūtākais: iegūt paraugu.

OSIRIS-REx jau zināmā mērā ir atmaksājies. Mazāk nekā divu gadu laikā mēs esam apstiprinājuši, ka Bennu ir bagāts ar organiskām vielām un hidratētiem minerāliem. Mēs to droši vien esam iemācījušies kādreiz caur tās iekšpusi plūda milzīgas ūdens upes . Mēs esam redzējuši, ka tas ir aktīvs asteroīds — tas zaudē masu caur gružu izmešanu . Pretēji mūsu sākotnējiem uzskatiem esam arī uzzinājuši, ka asteroīda virsma nav klāta smalkos graudos kā smilšaina pludmale, bet gan klāta ar laukakmeņiem. Tas ir raupjš, akmeņains un nelīdzens.

Taču visas šīs atklāsmes ir nobālētas salīdzinājumā ar to, ko mēs varētu uzzināt, ja mēs varētu iegūt dažus Bennu paraugus, lai zinātnieki varētu pētīt laboratorijā. Tieši tāds ir mērķis 20. oktobrī, kad OSIRIS-REx nolaidīsies asteroīda virsmas virzienā un mēģinās no virsmas savākt šķembas un putekļus. Tā būs viena no grūtākajām lietām, ko NASA jebkad ir mēģinājusi, un tā notiks 4,5 stundu garumā vairāk nekā 200 miljonu jūdžu attālumā no Zemes. Pēc tam nākamo trīs gadu laikā tai ir droši jāatgriež paraugs.

Asteroīdu paraugu atgriešana jums jau varētu šķist pazīstama — Japānas Hayabusa 2 misija savāca dažus materiālus no asteroīda Ryugu un atvedīs tos atpakaļ šī gada decembrī. Bet atšķirībā no Hayabusa 2, ko izmantoja ātrgaitas kosmosa lodes, lai iegūtu šos paraugus , OSIRIS-REx izmantos to, ko varētu raksturot kā reverso putekļu sūcēju.

To sauc par TAGSAM, kas ir saīsinājums no pieskāriena un pārvietošanās paraugu iegūšanas mehānisma. Tā ir 11 pēdas gara roka, kuras galā ir piestiprināta savākšanas galva. Kad galva tuvojas asteroīdam, tā izšauj slāpekļa gāzi uz virsmas, cenšoties maisīt materiālu pret savākšanas galviņu — ideālā gadījumā jebkuras daļiņas, kas ir divus centimetrus vai mazākas. Pēc Lockheed Martin misijas zinātnes vadītājas Olīvijas Biletes teiktā, tā ir pilnīgi jauna koncepcija ārpuszemes paraugu vākšanai. Viņa stāsta, ka TAGSAM galvu izstrādāja Lockheed Martin inženieris savā garāžā, strādājot tikai ar saspiesta gaisa kannu un plastmasas krūzi.

Sākotnēji paraugu ņemšanas ierīce bija paredzēta smilšainai pludmalei ar platību 165 pēdas. Kā mēs tagad zinām, Bennu nekas tāds nepastāv. Tā vietā komanda tagad ir apmetusies uz Nightingale — 52 pēdu diametra vietni, kas atrodas krāterī, kas, domājams, ir labi saglabājies. Vietni ieskauj ēku lieluma laukakmeņi un daudzi citi lieli akmeņi, kas var traucēt paraugu ņemšanu vai pilnībā sagraut TAGSAM roku. Taču tas joprojām sniedz vislabāko iespēju droši vākt nozīmīgu materiālu.

Tika izstrādātas arī pāris jaunas iespējas, lai procedūras laikā mēģinātu nodrošināt zondes drošību. Viens no tiem bija neprecīzas, uz lidaru balstītas navigācijas un norāžu sistēmas izslēgšana par labu dabisko iezīmju izsekošana (NFT), kurā optiskā kamera nepārtraukti uzņem virsmas attēlus 4,5 stundu TAGSAM procedūras laikā un apstrādā tos, lai atjauninātu kosmosa kuģa trajektorijas aprēķinus. Pēc Billeta teiktā, šī ir pirmā reize, kad NFT tiek izmantota kosmosa misijas ietvaros. Tā kā sakari starp Zemi un OSIRIS-REx notiek vairāk nekā 18 minūtes, autonomā vadība būs ļoti svarīga, lai pielāgotu manevrus lidojuma laikā.

Lūk, kā darbosies paraugu kolekcija:

Gatavojoties

OSIRIS-REx komanda ir pavadījusi nedēļas, ievadot visas atbilstošās komandu uzvednes, lai rūpīgi manevrētu kosmosa kuģi, lai līdz 20. oktobrim tas būtu tieši īstajā vietā, lai sāktu paraugu savākšanas procesu.

2500 pēdas virs virsmas — 4,5 stundas no pieskāriena

Kosmosa kuģis sāk manevru, lai izietu no orbītas un tranzītu uz Nightingale. Neilgi pēc tam, kad tas atstāj orbītu, tiek izvērsta TAGSAM roka, kosmosa kuģis pagriežas pareizajā virzienā, un navigācijas kamera, kas nodrošina NFT sistēmu, tiek novirzīta uz Bennu virsmu. No šejienes NFT strādās, lai pastāvīgi noteiktu OSIRIS-REx atrašanās vietu un nodrošinātu tā drošību attiecībā pret apdraudējumu karti uz virsmas.

410 pēdas — 20 minūtes no piezemējuma

Kosmosa kuģa saules bloki ir salocīti Y spārnu pozīcijā. OSIRIS-REx izšauj savus dzinējus, lai veiktu kontrolpunkta sadedzināšanu, kas nodrošina, ka kosmosa kuģis virzās uz Nightingale.

177 pēdas — 10 minūtes no piezemējuma

Dzinēji atkal izšauj, lai sadegšanas punkts atbilstu kosmosa kuģa ātrumam un asteroīda rotācijai. Tādējādi tiek iestatīts precīzs kontakts un pieskāriena ātrums, un kosmosa kuģis būtībā atrodas brīvā kritienā uz virsmu.

16 pēdas

Šis ir pēdējais etalons pirms faktiskās paraugu ņemšanas. Ja NFT uzskata, ka TAGSAM roka nolaižas uz kaut ko bīstamu, kas atzīmēts bīstamības kartē, tas automātiski veiks apdegumu, kas pārvieto kosmosa kuģi uz augšu un prom no virsmas. Billets saka, ka pastāv aptuveni 5,8% iespēja, ka tas varētu notikt. Pretējā gadījumā tas turpina virzīties uz leju.

Piezemējums

TAGSAM izveidos īsu un ļoti maigu kontaktu ar virsmu piecas līdz 10 sekundes. Šajā laikā aizdegas slāpekļa gāzes balons, un tiek uzsākta paraugu ņemšana. Kad tas būs beidzies, dzinēji atkal izšaus un kosmosa kuģis dosies drošā attālumā no asteroīda.

TAGSAM paraugu kolekcijas animācija Bennu zemas gravitācijas vidē.

Sekas

Mērķis ir, lai TAGSAM galva uzņemtu vismaz 60 gramus materiāla (lai gan potenciāli tā varētu iegūt pat divus kilogramus). Nākamās nedēļas laikā komanda veiks virkni eksperimentu, lai pārbaudītu, vai tas ir sasniegts. Tas sāksies ar vizuāliem pierādījumiem par TAGSAM galvu no vienas no borta kamerām. Pēc tam komanda mērīs parauga masu TAGSAM galviņā. Jūs nevarat īsti nosvērt lietas Bennu mikrogravitācijas laukā (miljonā daļa gravitācijas pie Zemes virsmas), tāpēc tas koncentrēsies uz kosmosa kuģa griešanās novērošanu (kam vajadzētu mainīties, palielinoties masai). Ja komanda uzskata, ka ir savākts pietiekams paraugs, tas tiks ievietots parauga atgriešanas kapsulā.

Bet patiesībā pastāv 30% iespēja, ka OSIRIS-REx neuzņems pietiekami daudz materiāla. TAGSAM ir vēl divas slāpekļa gāzes baloniņas vēl diviem savākšanas mēģinājumiem. Tā kā Nightingale jau būs traucējis pirmais piezemējums, otrais mēģinājums, visticamāk, notiks janvārī vietā ar nosaukumu Osprey. Tas nozīmē, ka mēs, iespējams, varētu iegūt paraugus no divām dažādām Bennu vietām, un Zemes pētnieku ziņā būtu visu izjaukt un noskaidrot, no kurienes cēlies.

Tas varētu šķist apgrūtinājums, taču tā būtu neliela cena, lai iegūtu šķembas no akmens 200 miljonu jūdžu attālumā. Jebkurā gadījumā OSIRIS-REx būtu plānots atstāt Bennu vēlāk 2021. gadā un nogādāt savāktos paraugus atpakaļ uz mājām 2023. gada 24. septembrī.

Labojums 10/14: sākotnējā stāsta versijā bija teikts, ka NFT izstrādāja Lockheed Martin ASV armijai. NFT kā daļu no iekšējās pētniecības un izstrādes izstrādāja uzņēmums, nevis ASV militārpersonām.

paslēpties