211service.com
Et NASA-romfartøy er i ferd med å øse opp litt asteroidestein
En illustrasjon av hvordan OSIRIS-REx TAGSAM-manøveren kan se ut når romfartøyet går ned til Bennu for å samle en prøve. NASA/Goddard/University of Arizona
Siden desember 2018 har OSIRIS-REx-romfartøyet gått i bane rundt asteroiden Bennu og prøvd å finne ut mer om dens kjemi og geologi. Og med god grunn: Bennu er en tidskapsel, sier Thomas Zurbuchen, leder av NASAs vitenskapsoppdragsdirektorat. Det har vært der ute i 4,5 milliarder år, og bærer historien til det miljøet med seg.
Hvis vi studerer 1640 meter lange Bennu og andre asteroider som liker det i dype detaljer, kan vi potensielt avdekke hvordan ingrediensene som fører til dannelsen av planeter som Jorden – og til slutt liv – kommer sammen. Nå kommer det vanskelige: å få en prøve.
OSIRIS-REx har allerede lønnet seg til en viss grad. På mindre enn to år har vi bekreftet at Bennu er rik på organiske stoffer og hydrerte mineraler. Vi har sannsynligvis lært det hadde en gang enorme elver med vann som strømmet gjennom innsidene . Vi har sett at det er en aktiv asteroide - den mister masse gjennom utstøting av rusk . Vi har også lært, i motsetning til vår opprinnelige tro, at overflaten til asteroiden ikke er dekket av fine korn som en sandstrand, men heller dekket av steinblokker. Det er røft, steinete og robust.
Men alle disse avsløringene blekner i forhold til hva vi kan lære hvis vi kan få noen prøver av Bennu her for forskere å studere i laboratoriet. Det er nettopp målet 20. oktober, når OSIRIS-REx vil stupe ned mot overflaten av asteroiden og forsøke å øse opp litt steinsprut og støv fra overflaten. Det vil være en av de vanskeligste tingene NASA noen gang har forsøkt, og finne sted over 4,5 timer mer enn 200 millioner miles unna jorden. Deretter må den bringe prøven trygt tilbake i løpet av de neste tre årene.
Retur av asteroideprøver kan allerede høres kjent ut for deg – Japans Hayabusa 2-oppdrag samlet noe materiale fra asteroiden Ryugu, og vil bringe dem tilbake i desember. Men i motsetning til Hayabusa 2, som brukte høyhastighets romkuler for å hente disse prøvene , vil OSIRIS-REx bruke det som kan beskrives som en omvendt støvsuger.
Det kalles TAGSAM, en forkortelse for touch-and-go prøveopptaksmekanisme. Det er en 11 fot lang arm med et oppsamlingshode montert på enden. Når hodet kommer nærmere asteroiden, skyter det nitrogengass på overflaten i et forsøk på å røre opp materiale mot oppsamlingshodet - ideelt sett alle partikler som er to centimeter eller mindre. I følge Olivia Billett, leder for misjonsvitenskap ved Lockheed Martin, er det et helt nytt konsept for utenomjordisk prøveinnsamling. TAGSAM-hodet ble designet av en Lockheed Martin-ingeniør i garasjen hans, og jobbet bare med en boks med trykkluft og en plastkopp, sier hun.
Prøvetakeren ble opprinnelig designet for en sandstrand med et område på 165 fot. Som vi nå vet, finnes det ikke noe slikt på Bennu. Så i stedet har teamet nå slått seg ned på Nightingale, et område på 52 fot i diameter som sitter inne i et krater som antas å være godt bevart. Det er steinblokker på størrelse med bygninger rundt stedet, og mange andre store steiner som kan forstyrre prøvesamlingen eller ødelegge TAGSAM-armen totalt. Men det gir fortsatt den beste muligheten for en sikker samling av meningsfylt materiale.
Et par nye funksjoner ble også utviklet for å prøve å holde sonden trygg under prosedyren. Det ene var å nixe et upresist lidar-basert navigasjons- og veiledningssystem til fordel for naturlig funksjonssporing (NFT), der et optisk kamera kontinuerlig tar bilder av overflaten gjennom den 4,5-timers TAGSAM-prosedyren og behandler dem for å oppdatere estimatet av romfartøyets bane. Ifølge Billett er dette første gang NFT brukes som del av et romoppdrag. Siden det tar mer enn 18 minutter før kommunikasjonen går én vei mellom Jorden og OSIRIS-REx, vil autonom kontroll være avgjørende for å justere manøvrer i farten.
Slik fungerer prøvesamlingen:
Under forberedelse
OSIRIS-REx-teamet har brukt flere uker på å legge inn alle de riktige kommandopromptene for å møysommelig manøvrere romfartøyet slik at det innen 20. oktober vil være på akkurat det rette stedet for å begynne prøveinnsamlingsprosessen.
2500 fot over overflaten - 4,5 timer fra touchdown
Romfartøyet begynner en manøver for å forlate bane og transitt mot Nightingale. Kort tid etter at den forlater bane, blir TAGSAM-armen utplassert, romfartøyet roterer til riktig orientering, og navigasjonskameraet som aktiverer NFT-systemet blir omdirigert mot Bennus overflate. Herfra vil NFT jobbe for hele tiden å bestemme OSIRIS-REx sin posisjon og sikre dens sikkerhet i forhold til et kart over farer på overflaten.
410 fot - 20 minutter fra touchdown
Romfartøyets solcellepaneler er foldet til en Y-vingeposisjon. OSIRIS-REx avfyrer thrusterne for å utføre en sjekkpunktbrenning, som sikrer at romfartøyet er på vei mot Nightingale.
177 fot - 10 minutter fra touchdown
Thrustere skyter igjen for at matchpunktet skal brenne for å matche romfartøyets hastighet med asteroidens rotasjon. Dette setter opp den nøyaktige kontakten og hastigheten for touchdown, og romfartøyet er i hovedsak i en fritt fall nedstigning til overflaten.
16 fot
Dette er den endelige målestokken før selve prøveinnsamlingen finner sted. Hvis NFT tror at TAGSAM-armen kommer ned på noe farlig flagget av farekartet, vil den automatisk utføre en abortforbrenning som flytter romfartøyet opp og bort fra overflaten. Billett sier at det er omtrent 5,8 % sjanse for at dette kan skje. Ellers fortsetter det på vei nedover.
Touchdown
TAGSAM vil få kort og veldig skånsom kontakt med overflaten i fem til 10 sekunder. I løpet av den tiden brenner nitrogengassflasken, og prøveinnsamlingen starter. Når det er over, vil thrusterne skyte igjen, og romfartøyet vil dra ut til en trygg avstand fra asteroiden.
En animasjon av prøvesamlingen av TAGSAM i lavtyngdekraftsmiljøet til Bennu.
Etterspillet
Målet er at TAGSAM-hodet skal plukke opp minst 60 gram materiale (selv om det potensielt kan få så mye som to kilo). Teamet vil kjøre en rekke eksperimenter i løpet av den neste uken eller så for å bekrefte om dette har blitt oppnådd. Det starter med visuelle bevis på TAGSAM-hodet fra et av kameraene ombord. Deretter vil teamet måle massen av prøven inne i TAGSAM-hodet. Du kan egentlig ikke veie ting i mikrogravitasjonsfeltet til Bennu (en milliondel av tyngdekraften på jordens overflate), så dette vil fokusere på å observere romfartøyets spinn (som bør endres med økt masse). Hvis teamet mener at en tilstrekkelig prøve er samlet inn, vil den lagres i prøve-returkapselen.
Men det er faktisk 30 % sjanse for at OSIRIS-REx ikke klarer å plukke opp nok materiale. TAGSAM har ytterligere to nitrogengassflasker for ytterligere to innsamlingsforsøk. Fordi Nightingale allerede vil ha blitt forstyrret av det første touchdownet, vil et andre forsøk mest sannsynlig skje i januar på et sted som heter Osprey. Det betyr at vi potensielt kan få prøver fra to forskjellige steder på Bennu - og det vil være opp til forskere på jorden å skille ut alt og finne ut hva som stammer fra hvor.
Det kan virke som et problem, men det ville være en liten pris å betale for å få litt steinsprut fra en stein 200 millioner miles unna. Uansett vil OSIRIS-REx etter planen forlate Bennu senere i 2021, og levere de innsamlede prøvene hjem 24. september 2023.
Rettelse 10/14: den første versjonen av historien uttalte at NFT ble utviklet av Lockheed Martin for den amerikanske hæren. NFT ble utviklet som en del av intern forskning og utvikling av selskapet, ikke for det amerikanske militæret.