En rymdfarkost från NASA är på väg att ösa upp lite asteroidspillror

En illustration av hur OSIRIS-REx TAGSAM-manövern kan se ut när rymdfarkosten går ner till Bennu för att ta ett prov. NASA/Goddard/University of Arizona

Sedan december 2018 har rymdfarkosten OSIRIS-REx kretsat kring asteroiden Bennu och försökt ta reda på mer om dess kemi och geologi. Och av goda skäl: Bennu är en tidskapsel, säger Thomas Zurbuchen, chef för NASA:s Science Mission Directorate. Den har funnits där ute i 4,5 miljarder år och bär med sig den miljöns historia.

Om vi ​​studerar 1 640 meter långa Bennu och andra asteroider som gillar det i djup detalj, kan vi potentiellt reda ut hur de ingredienser som leder till bildandet av planeter som jorden – och så småningom livet – kommer samman. Nu kommer det svåra: att få ett prov.

OSIRIS-REx har redan gett resultat till viss del. På mindre än två år har vi bekräftat att Bennu är rik på organiska och återfuktade mineraler. Vi har förmodligen lärt oss det hade en gång massiva floder av vatten som strömmade genom dess inre . Vi har sett att det är en aktiv asteroid - den tappar massa genom utmatning av skräp . Vi har också lärt oss, i motsats till vår ursprungliga tro, att asteroidens yta inte är inbakad i fina korn som en sandstrand, utan snarare täckt av stenblock. Det är grovt, stenigt och robust.

Men alla dessa avslöjanden bleknar i jämförelse med vad vi kan lära oss om vi kan få några prover av Bennu här för forskare att studera i labbet. Det är precis målet den 20 oktober, när OSIRIS-REx kommer att störta ner mot asteroidens yta och försöka ösa upp lite spillror och damm från ytan. Det kommer att vara en av de svåraste sakerna som NASA någonsin har försökt, äga rum över 4,5 timmar mer än 200 miljoner miles från jorden. Sedan måste den föra tillbaka provet på ett säkert sätt under de kommande tre åren.

Retur av asteroidprover kanske redan låter bekant för dig – Japans Hayabusa 2-uppdrag samlade in lite material från asteroiden Ryugu och kommer att ta tillbaka dem i december. Men till skillnad från Hayabusa 2, som använde höghastighetsrymdkulor för att hämta dessa prover , OSIRIS-REx kommer att använda vad som kan beskrivas som en omvänd dammsugare.

Den heter TAGSAM, en förkortning för touch-and-go provtagningsmekanism. Det är en 11 fot lång arm med ett uppsamlingshuvud monterat på änden. När huvudet kommer närmare asteroiden skjuter det kvävgas på ytan i ett försök att röra upp material mot uppsamlingshuvudet - helst alla partiklar som är två centimeter eller mindre. Enligt Olivia Billett, mission science lead på Lockheed Martin, är det ett helt nytt koncept för insamling av utomjordiska prover. TAGSAM-huvudet designades av en Lockheed Martin-ingenjör i hans garage, som bara arbetade med en burk med tryckluft och en plastmugg, säger hon.

Provtagaren designades ursprungligen för en sandstrand med en yta på 165 fot. Som vi nu vet finns inget sådant på Bennu. Så istället har teamet nu bosatt sig på Nightingale, en plats med 52 fot i diameter som sitter inne i en krater som tros vara välbevarad. Det finns stenblock lika stora som byggnader som omger platsen och många andra stora stenar som kan störa provinsamlingen eller helt förstöra TAGSAM-armen. Men det ger fortfarande den bästa möjligheten till en säker samling av meningsfullt material.

Ett par nya funktioner utvecklades också för att försöka hålla sonden säker under proceduren. En var att nixa ett oprecist lidarbaserat navigations- och vägledningssystem till förmån för naturlig funktionsspårning (NFT), där en optisk kamera kontinuerligt tar bilder av ytan under den 4,5 timmar långa TAGSAM-proceduren och bearbetar dem för att uppdatera uppskattningen av rymdfarkostens bana. Enligt Billett är det första gången NFT används som en del av ett rymduppdrag. Eftersom det tar mer än 18 minuter för kommunikation att gå åt ena sidan mellan jorden och OSIRIS-REx, kommer autonom kontroll att vara avgörande för att justera manövrar i farten.

Så här kommer provsamlingen att fungera:

I förberedelse

OSIRIS-REx-teamet har ägnat veckor åt att mata in alla korrekta kommandoprompter för att mödosamt manövrera rymdfarkosten så att den senast den 20 oktober kommer att vara på exakt rätt plats för att påbörja provinsamlingsprocessen.

2 500 fot ovanför ytan - 4,5 timmar från landning

Rymdfarkosten börjar en manöver för att lämna omloppsbanan och transitera mot Nightingale. Kort efter att den lämnar omloppsbanan utplaceras TAGSAM-armen, rymdfarkosten roterar till rätt riktning och navigationskameran som möjliggör NFT-systemet omdirigeras mot Bennus yta. Härifrån kommer NFT att arbeta för att ständigt bestämma OSIRIS-REx position och säkerställa dess säkerhet i förhållande till en karta över faror på ytan.

410 fot - 20 minuter från landning

Rymdfarkostens solpaneler är vikta till en Y-vingeposition. OSIRIS-REx avfyrar sina thrusters för att utföra en kontrollpunktsbränning, vilket säkerställer att rymdfarkosten är på väg mot Nightingale.

177 fot—10 minuter från landningsögonblicket

Thrusters avfyras igen för att tändstickan ska brinna för att matcha rymdfarkostens hastighet med asteroidens rotation. Detta ställer in den exakta kontakten och hastigheten för landningsögonblicket, och rymdfarkosten är i huvudsak i ett fritt fall ner till ytan.

16 fot

Detta är det sista riktmärket innan själva provinsamlingen sker. Om NFT tror att TAGSAM-armen kommer ner på något farligt flaggat av farokartan, kommer den automatiskt att utföra en avbrytande bränning som flyttar rymdfarkosten upp och bort från ytan. Billett säger att det finns ungefär 5,8 % chans att detta kan hända. Annars fortsätter det att gå neråt.

Landning

TAGSAM kommer att få kort och mycket skonsam kontakt med ytan i fem till 10 sekunder. Under den tiden brinner kvävgasflaskan och provtagningen påbörjas. När det väl är över kommer propellern att skjuta igen och rymdfarkosten kommer att bege sig ut på ett säkert avstånd från asteroiden.

En animation av provsamlingen av TAGSAM i Bennus låggravitationsmiljö.

Efterdyningarna

Målet är att TAGSAM-huvudet ska ta upp minst 60 gram material (även om det potentiellt skulle kunna ta upp så mycket som två kilo). Teamet kommer att köra en serie experiment under nästa vecka eller så för att verifiera om detta har uppnåtts. Det börjar med visuella bevis på TAGSAM-huvudet från en av kamerorna ombord. Sedan kommer teamet att mäta provets massa inuti TAGSAM-huvudet. Du kan inte riktigt väga saker i Bennus mikrogravitationsfält (en miljondel av gravitationen på jordens yta), så detta kommer att fokusera på att observera rymdfarkostens snurr (som bör förändras med ökad massa). Om teamet anser att ett tillräckligt prov har samlats in, kommer det att förvaras i provreturkapseln.

Men det finns faktiskt en 30 % chans att OSIRIS-REx misslyckas med att plocka upp tillräckligt med material. TAGSAM har ytterligare två kvävgasflaskor för ytterligare två insamlingsförsök. Eftersom Nightingale redan kommer att ha blivit störd av den första touchdownen, skulle ett andra försök med största sannolikhet inträffa i januari på en plats som heter Osprey. Det betyder att vi potentiellt skulle kunna få prover från två olika platser på Bennu - och det skulle vara upp till forskare på jorden att lösa allt och ta reda på vad som härrörde varifrån.

Det kan tyckas vara ett krångel, men det skulle vara ett litet pris att betala för att få lite spillror från en sten 200 miljoner mil bort. OSIRIS-REx skulle i vilket fall som helst vara planerad att lämna Bennu senare under 2021 och leverera de insamlade proverna hem den 24 september 2023.

Rättelse 10/14: den första versionen av historien angav att NFT utvecklades av Lockheed Martin för den amerikanska armén. NFT utvecklades som en del av intern forskning och utveckling av företaget, inte för den amerikanska militären.

Dölj