NASA erdvėlaivis ruošiasi išsemti asteroido nuolaužas

Iliustracija, kaip gali atrodyti OSIRIS-REx TAGSAM manevras, kai erdvėlaivis nusileidžia į Bennu paimti mėginio. NASA/Goddard/Arizonos universitetas

Nuo 2018 m. gruodžio mėn. erdvėlaivis OSIRIS-REx skrieja aplink asteroidą Bennu ir bando sužinoti daugiau apie jo chemiją ir geologiją. Ir dėl geros priežasties: Bennu yra laiko kapsulė, sako Thomas Zurbuchen, NASA Mokslo misijos direktorato vadovas. Jis ten gyvuoja 4,5 milijardo metų ir su savimi nešiojasi tos aplinkos istoriją.

Jei išnagrinėsime 1640 metrų ilgio Bennu ir kitus panašius asteroidus, galime išsiaiškinti, kaip susijungia sudedamosios dalys, lemiančios planetų, tokių kaip Žemė, ir galiausiai gyvybės formavimąsi. Dabar ateina sunkus dalykas: gauti mėginį.

OSIRIS-REx jau tam tikru mastu pasiteisino. Per mažiau nei dvejus metus patvirtinome, kad Bennu gausu organinių medžiagų ir hidratuotų mineralų. Mes tikriausiai to išmokome kadaise per jo vidų tekėjo didžiulės vandens upės . Matėme, kad tai aktyvus asteroidas – jis praranda masę per šiukšlių išmetimą . Taip pat, priešingai nei manome iš pradžių, sužinojome, kad asteroido paviršius nėra padengtas smulkiais grūdeliais, kaip smėlio paplūdimys, o padengtas rieduliais. Jis grubus, uolėtas ir tvirtas.

Tačiau visi šie apreiškimai nublanksta prieš tai, ką galėtume sužinoti, jei pavyktų gauti keletą Bennu pavyzdžių, kad mokslininkai galėtų ištirti laboratorijoje. Būtent toks tikslas ateis spalio 20 d., kai OSIRIS-REx nusileis link asteroido paviršiaus ir bandys nuo paviršiaus nušveisti šiek tiek griuvėsių ir dulkių. Tai bus vienas sunkiausių NASA kada nors bandytų dalykų, vykstantis per 4,5 valandos daugiau nei 200 milijonų mylių nuo Žemės. Tada jis turi saugiai grąžinti mėginį per ateinančius trejus metus.

Asteroido mėginių grąžinimas jums jau gali atrodyti pažįstamas – Japonijos „Hayabusa 2“ misija surinko šiek tiek medžiagos iš asteroido Ryugu ir grąžins juos šį gruodį. Tačiau skirtingai nei Hayabusa 2, kuri naudojo greitųjų kosminių kulkų šiems pavyzdžiams paimti , OSIRIS-REx naudos tai, ką būtų galima apibūdinti kaip atvirkštinį dulkių siurblį.

Jis vadinamas TAGSAM – palietimo ir judėjimo mėginio gavimo mechanizmo trumpinys. Tai 11 pėdų ilgio ranka, kurios gale pritvirtinta surinkimo galvutė. Kai galva priartėja prie asteroido, ji išskiria azoto dujas į paviršių, siekdama sujudinti medžiagą link surinkimo galvutės – idealiu atveju bet kokias dviejų centimetrų ar mažesnes daleles. Pasak Olivia Billett, „Lockheed Martin“ misijos mokslo vadovės, tai visiškai nauja nežemiškų mėginių rinkimo koncepcija. TAGSAM galvutę sukūrė „Lockheed Martin“ inžinierius savo garaže, tiesiog dirbdamas su suspausto oro skardine ir plastikiniu puodeliu, sako ji.

Iš pradžių mėginių ėmiklis buvo skirtas smėlėtam erdvės paplūdimiui, kurio plotas yra 165 pėdos. Kaip dabar žinome, Bennu nieko panašaus nėra. Vietoj to, komanda dabar apsigyveno Lakštingaloje, 52 pėdų skersmens vietoje, esančioje krateryje, kuris, kaip manoma, yra gerai išsilaikęs. Aikštę supa pastatų dydžio rieduliai ir daug kitų didelių uolų, kurios gali sutrikdyti mėginių paėmimą arba visiškai sugriauti TAGSAM ranką. Tačiau tai vis tiek suteikia geriausią galimybę saugiai rinkti prasmingą medžiagą.

Taip pat buvo sukurta keletas naujų galimybių, kad zondas būtų saugus procedūros metu. Vienas iš jų buvo pakeisti netikslią „Lidar“ navigacijos ir nuorodų sistemą natūralių savybių stebėjimas (NFT), kurioje optinė kamera nepertraukiamai fotografuoja paviršiaus vaizdus per 4,5 valandos TAGSAM procedūrą ir apdoroja juos, kad atnaujintų erdvėlaivio trajektorijos įvertinimą. Anot Billett, tai pirmas kartas, kai NFT naudojamas kaip kosminės misijos dalis. Kadangi ryšys tarp Žemės ir OSIRIS-REx užtrunka daugiau nei 18 minučių, autonominis valdymas bus labai svarbus norint reguliuoti manevrus skrydžio metu.

Štai kaip veiks pavyzdžių rinkinys:

Pasiruošime

OSIRIS-REx komanda praleido kelias savaites įvesdama visas tinkamas komandų eilutes, kad kruopščiai manevruotų erdvėlaivį, kad iki spalio 20 d. jis būtų tiksliai tinkamoje vietoje pradėti mėginių rinkimo procesą.

2500 pėdų virš paviršiaus – 4,5 valandos nuo nusileidimo

Erdvėlaivis pradeda manevrą, kad išskristų iš orbitos ir pereitų link Lakštingalos. Netrukus po to, kai jis palieka orbitą, TAGSAM ranka yra išskleista, erdvėlaivis pasisuka į tinkamą padėtį, o navigacijos kamera, kuri įgalina NFT sistemą, nukreipiama į Bennu paviršių. Nuo čia NFT dirbs, kad nuolat nustatytų OSIRIS-REx padėtį ir užtikrintų jo saugumą, palyginti su paviršiuje esančių pavojų žemėlapiu.

410 pėdų – 20 minučių nuo tūpimo

Erdvėlaivio saulės masyvai sulankstyti į Y sparno padėtį. OSIRIS-REx paleidžia savo variklius, kad sudegintų kontrolinį tašką, kuris užtikrina, kad erdvėlaivis juda Lakštingalos link.

177 pėdos – 10 minučių nuo tūpimo

Varikliai vėl šaudo, kad degtukų taškas sudegtų, kad erdvėlaivio greitis atitiktų asteroido sukimąsi. Taip nustatomas tikslus prisilietimo kontaktas ir greitis, o erdvėlaivis iš esmės laisvu kritimu leidžiasi į paviršių.

16 pėdų

Tai yra paskutinis etalonas prieš faktinį mėginių paėmimą. Jei NFT mano, kad TAGSAM ranka nusileidžia ant kažko pavojingo, pažymėto pavojaus žemėlapyje, jis automatiškai atliks nutrauktą deginimą, kuris pajudins erdvėlaivį aukštyn ir nuo paviršiaus. Billettas sako, kad yra apie 5,8% tikimybė, kad taip nutiks. Priešingu atveju jis toliau krenta žemyn.

Touchdown

TAGSAM trumpai ir labai švelniai kontaktuos su paviršiumi nuo 5 iki 10 sekundžių. Per tą laiką užsidega azoto dujų balionėlis ir pradedamas paimti mėginiai. Kai tai baigsis, varikliai vėl pradės šaudyti ir erdvėlaivis išskris į saugų atstumą nuo asteroido.

TAGSAM pavyzdinės kolekcijos animacija mažos gravitacijos Bennu aplinkoje.

Pasėkmės

Tikslas yra, kad TAGSAM galvutė surinktų bent 60 gramų medžiagos (nors potencialiai ji gali priaugti net du kilogramus). Maždaug kitą savaitę komanda atliks eksperimentų seriją, kad patikrintų, ar tai buvo pasiekta. Tai prasidės vaizdiniais TAGSAM galvutės įrodymais iš vienos iš borto kamerų. Tada komanda išmatuos mėginio masę TAGSAM galvutėje. Bennu mikrogravitacijos lauke (milijonoji gravitacijos Žemės paviršiuje) dalykų tikrai negalite pasverti, todėl pagrindinis dėmesys bus skiriamas erdvėlaivio sukimosi stebėjimui (kuris turėtų pasikeisti, kai padidėja masė). Jei komanda mano, kad buvo paimtas pakankamai mėginio, jis bus laikomas mėginio grąžinimo kapsulėje.

Tačiau iš tikrųjų yra 30% tikimybė, kad OSIRIS-REx nesurinks pakankamai medžiagos. TAGSAM turi dar du azoto dujų balionėlius dar dviem surinkimo bandymams. Kadangi Lakštingala jau bus sutrikdyta pirmojo prisilietimo, antrasis bandymas greičiausiai įvyks sausio mėnesį vietoje, pavadintoje Osprey. Tai reiškia, kad galbūt galėtume gauti pavyzdžius iš dviejų skirtingų Bennu vietų, o Žemės tyrinėtojai turėtų viską atskirti ir išsiaiškinti, kas iš kur atsirado.

Tai gali atrodyti kaip vargas, bet už 200 milijonų mylių nutolusios uolos išnešti būtų nedidelė kaina. Bet kuriuo atveju OSIRIS-REx turėtų išvykti iš Bennu vėliau 2021 m., o surinktus mėginius pristatyti namo 2023 m. rugsėjo 24 d.

Pataisa 10/14: pradinėje istorijos versijoje buvo teigiama, kad NFT sukūrė Lockheed Martin JAV armijai. NFT buvo sukurta kaip bendrovės vidinių tyrimų ir plėtros dalis, o ne JAV kariškiams.

paslėpti