Kosmická loď NASA se chystá sebrat nějaké trosky asteroidu

Ukázka toho, jak by mohl vypadat manévr OSIRIS-REx TAGSAM, když kosmická loď sestupuje dolů k Bennu, aby odebrala vzorek. NASA/Goddard/University of Arizona

Od prosince 2018 obíhá sonda OSIRIS-REx kolem asteroidu Bennu a snaží se zjistit více o jeho chemii a geologii. A z dobrého důvodu: Bennu je časová schránka, říká Thomas Zurbuchen, vedoucí ředitelství vědeckých misí NASA. Existuje už 4,5 miliardy let a nese s sebou historii tohoto prostředí.

Pokud budeme podrobně studovat 1 640 metrů dlouhý Bennu a další podobné asteroidy, můžeme potenciálně odhalit, jak se ingredience, které vedou ke vzniku planet jako Země – a nakonec i života – spojují dohromady. Nyní přichází to těžké: získat vzorek.

OSIRIS-REx se již do jisté míry vyplatil. Za méně než dva roky jsme potvrdili, že Bennu je bohatý na organické látky a hydratované minerály. Asi jsme se to naučili jeho vnitřkem kdysi protékaly mohutné řeky vody . Viděli jsme, že je to aktivní asteroid – ztrácí hmotnost prostřednictvím vyhazování trosek . Na rozdíl od našeho původního přesvědčení jsme se také dozvěděli, že povrch asteroidu není pokryt jemnými zrny jako písečná pláž, ale spíše pokrytý balvany. Je drsný, skalnatý a drsný.

Ale všechna tato odhalení blednou ve srovnání s tím, co bychom se mohli dozvědět, kdybychom zde mohli získat nějaké vzorky Bennu, aby je vědci mohli studovat v laboratoři. To je přesně cíl 20. října, kdy se OSIRIS-REx vrhne dolů k povrchu asteroidu a pokusí se z povrchu sebrat suť a prach. Bude to jedna z nejtěžších věcí, o jakou se kdy NASA pokusila, odehrávající se 4,5 hodiny více než 200 milionů mil od Země. Poté musí vzorek bezpečně dovézt zpět v průběhu následujících tří let.

Návraty vzorků asteroidů už vám mohou znít povědomě – japonská mise Hayabusa 2 shromáždila nějaký materiál z asteroidu Ryugu a přinese je zpět letos v prosinci. Ale na rozdíl od Hayabusy 2, která používala vysokorychlostní vesmírné kulky k získání těchto vzorků , OSIRIS-REx bude používat to, co by se dalo popsat jako zpětný vysavač.

Říká se tomu TAGSAM, což je zkratka pro mechanismus získávání vzorků touch-and-go. Je to 11 stop dlouhé rameno se sběrnou hlavou nasazenou na konci. Jak se hlava přibližuje k asteroidu, vystřeluje plynný dusík na povrch ve snaze rozvířit materiál směrem ke sběrné hlavě – ideálně jakékoli částice, které jsou dva centimetry nebo menší. Podle Olivie Billett, vedoucí vědy o misích v Lockheed Martin, jde o zcela nový koncept sběru mimozemských vzorků. Hlava TAGSAM byla navržena inženýrem Lockheed Martin ve své garáži, kde pracuje pouze s plechovkou stlačeného vzduchu a plastovým kelímkem, říká.

Vzorkovač byl původně navržen pro písečnou vesmírnou pláž o rozloze 165 stop. Jak nyní víme, nic takového na Bennu neexistuje. Místo toho se tým nyní usadil na Nightingale, místě o průměru 52 stop, které leží uvnitř kráteru, o kterém se předpokládá, že je dobře zachován. V okolí místa jsou balvany o velikosti budov a mnoho dalších velkých kamenů, které by mohly narušit odběr vzorků nebo zcela zničit rameno TAGSAM. Stále však poskytuje nejlepší příležitost pro bezpečný sběr smysluplného materiálu.

Bylo také vyvinuto několik nových schopností, které se snaží udržet sondu v bezpečí během procedury. Jedním z nich bylo odstranit nepřesný lidarový navigační a naváděcí systém ve prospěch sledování přirozených prvků (NFT), ve kterém optická kamera nepřetržitě pořizuje snímky povrchu během 4,5hodinové procedury TAGSAM a zpracovává je, aby aktualizovala odhad trajektorie kosmické lodi. Podle Billetta je to poprvé, kdy se NFT používá jako součást vesmírné mise. Vzhledem k tomu, že komunikace mezi Zemí a OSIRIS-REx trvá více než 18 minut, bude autonomní řízení kritické pro nastavování manévrů za letu.

Takto bude kolekce vzorků fungovat:

Připravuje se

Tým OSIRIS-REx strávil týdny zadáváním všech správných příkazových příkazů k pečlivému manévrování s kosmickou lodí tak, aby do 20. října byla přesně na správném místě pro zahájení procesu odběru vzorků.

2 500 stop nad povrchem – 4,5 hodiny od přistání

Kosmická loď zahájí manévr k opuštění oběžné dráhy a tranzitu směrem k Nightingaleovi. Krátce poté, co opustí orbitu, je nasazeno rameno TAGSAM, kosmická loď se otočí do správné orientace a navigační kamera, která umožňuje systém NFT, je přesměrována na Bennuův povrch. Odtud bude NFT neustále určovat polohu OSIRIS-REx a zajišťovat jeho bezpečnost vzhledem k mapě nebezpečí na povrchu.

410 stop – 20 minut od přistání

Solární pole kosmické lodi jsou složena do polohy Y-wing. OSIRIS-REx vystřelí ze svých trysek, aby provedl kontrolní bod hoření, což zajistí, že kosmická loď míří k Nightingaleovi.

177 stop – 10 minut od přistání

Trysky znovu vystřelí, aby spálily zápalný bod, aby odpovídaly rychlosti kosmické lodi rotaci asteroidu. Tím se nastaví přesný kontakt a rychlost pro dosednutí a kosmická loď je v podstatě ve volném pádu sestupu k povrchu.

16 stop

Toto je poslední benchmark před samotným odběrem vzorků. Pokud se NFT domnívá, že rameno TAGSAM sestupuje na něco nebezpečného označeného mapou nebezpečí, automaticky provede přerušení spalování, které přesune kosmickou loď nahoru a pryč od povrchu. Billett říká, že existuje asi 5,8% šance, že by se to mohlo stát. V opačném případě jde stále dolů.

Přistání

TAGSAM vytvoří krátký a velmi jemný kontakt s povrchem po dobu pěti až 10 sekund. Během této doby se odpálí láhev s dusíkem a rozběhne se odběr vzorků. Jakmile to skončí, trysky znovu vystřelí a kosmická loď zamíří do bezpečné vzdálenosti od asteroidu.

Animace ukázkové kolekce od TAGSAM v nízkogravitačním prostředí Bennu.

Následky

Cílem je, aby hlava TAGSAM nabrala alespoň 60 gramů materiálu (ačkoli by potenciálně mohla získat až dva kilogramy). Tým během příštího týdne provede řadu experimentů, aby ověřil, zda toho bylo dosaženo. Začne to vizuálním důkazem hlavy TAGSAM z jedné z palubních kamer. Poté tým změří hmotnost vzorku uvnitř hlavy TAGSAM. Nemůžete skutečně vážit věci v mikrogravitačním poli Bennu (miliontina gravitace na zemském povrchu), takže se to zaměří na pozorování rotace kosmické lodi (která by se měla měnit s přidanou hmotou). Pokud se tým domnívá, že bylo odebráno dostatečné množství vzorku, bude uložen do kapsle pro návrat vzorku.

Ale ve skutečnosti je 30% šance, že OSIRIS-REx nedokáže zachytit dostatek materiálu. TAGSAM má další dvě láhve s dusíkem na další dva pokusy o sběr. Protože Nightingale už byl vyrušen prvním přistáním, druhý pokus by se s největší pravděpodobností uskutečnil v lednu na místě zvaném Osprey. To znamená, že bychom mohli potenciálně získat vzorky ze dvou různých míst na Bennu – a bylo by na výzkumnících na Zemi, aby vše rozmotali a zjistili, co odkud pochází.

To se může zdát jako problém, ale byla by to malá cena, kterou byste zaplatili za získání trosek ze skály vzdálené 200 milionů mil. Ať tak či onak, OSIRIS-REx by měl opustit Bennu později v roce 2021 a doručit shromážděné vzorky zpět domů 24. září 2023.

Oprava 10/14: původní verze příběhu uváděla, že NFT vyvinul Lockheed Martin pro americkou armádu. NFT byl vyvinut jako součást interního výzkumu a vývoje společnosti, nikoli pro americkou armádu.

skrýt