211service.com
Een NASA-ruimtevaartuig staat op het punt wat asteroïde puin op te scheppen
Een illustratie van hoe de OSIRIS-REx TAGSAM-manoeuvre eruit zou kunnen zien als het ruimtevaartuig afdaalt naar Bennu om een monster te verzamelen. NASA/Goddard/Universiteit van Arizona
Sinds december 2018 draait het ruimtevaartuig OSIRIS-REx om de asteroïde Bennu en probeert hij meer te weten te komen over zijn chemie en geologie. En terecht: Bennu is een tijdcapsule, zegt Thomas Zurbuchen, hoofd van NASA's Science Mission Directorate. Het bestaat al 4,5 miljard jaar en draagt de geschiedenis van die omgeving met zich mee.
Als we de 1.640 meter lange Bennu en andere soortgelijke asteroïden tot in de kleinste details bestuderen, kunnen we mogelijk ontrafelen hoe de ingrediënten die leiden tot de vorming van planeten zoals de aarde - en uiteindelijk het leven - samenkomen. Nu komt het moeilijkste: een monster nemen.
OSIRIS-REx heeft al tot op zekere hoogte zijn vruchten afgeworpen. In minder dan twee jaar hebben we bevestigd dat Bennu rijk is aan organische en gehydrateerde mineralen. We hebben het waarschijnlijk geleerd had ooit enorme rivieren van water die door de binnenkant stroomden . We hebben gezien dat het een actieve asteroïde is - hij verliest massa door het uitwerpen van puin . We hebben ook geleerd, in tegenstelling tot onze aanvankelijke overtuigingen, dat het oppervlak van de asteroïde niet is aangekoekt met fijne korrels zoals een zandstrand, maar eerder bedekt is met rotsblokken. Het is ruig, rotsachtig en ruig.
Maar al deze onthullingen verbleken in vergelijking met wat we zouden kunnen leren als we hier enkele monsters van Bennu kunnen krijgen die wetenschappers in het laboratorium kunnen bestuderen. Dat is precies het doel op 20 oktober, wanneer OSIRIS-REx naar het oppervlak van de asteroïde zal storten en zal proberen wat puin en stof van het oppervlak op te scheppen. Het zal een van de moeilijkste dingen zijn die NASA ooit heeft geprobeerd, gedurende een beladen 4,5 uur op meer dan 200 miljoen mijl afstand van de aarde. Vervolgens moet het het monster in de loop van de komende drie jaar veilig terugbrengen.
De terugkeer van asteroïde-voorbeelden klinkt je misschien al bekend in de oren: de Japanse Hayabusa 2-missie verzamelde wat materiaal van asteroïde Ryugu en zal ze in december terugbrengen. Maar in tegenstelling tot Hayabusa 2, die vroeger high-speed ruimtekogels om deze monsters op te halen , zal OSIRIS-REx gebruiken wat kan worden omschreven als een omgekeerde stofzuiger.
Het heet TAGSAM, een afkorting voor touch-and-go sample-acquisitiemechanisme. Het is een 11 meter lange arm met een verzamelkop aan het uiteinde. Naarmate het hoofd dichter bij de asteroïde komt, vuurt het stikstofgas op het oppervlak in een poging om materiaal naar de verzamelkop te bewegen - idealiter alle deeltjes die twee centimeter of kleiner zijn. Volgens Olivia Billett, hoofd van de missiewetenschap bij Lockheed Martin, is het een geheel nieuw concept voor het verzamelen van buitenaardse monsters. De TAGSAM-kop is ontworpen door een ingenieur van Lockheed Martin in zijn garage, gewoon werkend met een blikje perslucht en een plastic beker, zegt ze.
De sampler was oorspronkelijk ontworpen voor een zandstrand met een oppervlakte van 50 meter. Zoals we nu weten, bestaat zoiets niet op Bennu. Dus in plaats daarvan heeft het team zich nu gevestigd op Nightingale, een site met een diameter van 52 voet in een krater waarvan wordt gedacht dat deze goed bewaard is gebleven. Er zijn rotsblokken zo groot als gebouwen rondom de site, en vele andere grote rotsen die de monsterverzameling kunnen verstoren of de TAGSAM-arm volledig kunnen verwoesten. Maar het biedt nog steeds de beste kans voor een veilige verzameling van zinvol materiaal.
Er zijn ook een aantal nieuwe mogelijkheden ontwikkeld om te proberen de sonde tijdens de procedure veilig te houden. Een daarvan was om een onnauwkeurig op lidar gebaseerd navigatie- en geleidingssysteem te vervangen door: natuurlijke kenmerken volgen (NFT), waarbij een optische camera continu beelden van het oppervlak maakt gedurende de 4,5 uur durende TAGSAM-procedure en deze verwerkt om de schatting van het traject van het ruimtevaartuig bij te werken. Volgens Billett is dit de eerste keer dat NFT wordt gebruikt als onderdeel van een ruimtemissie. Aangezien het meer dan 18 minuten duurt voordat de communicatie tussen de aarde en OSIRIS-REx in één richting verloopt, is autonome besturing van cruciaal belang voor het aanpassen van manoeuvres tijdens het vliegen.
Zo werkt de voorbeeldverzameling:
In voorbereiding
Het OSIRIS-REx-team heeft wekenlang alle juiste opdrachtprompts ingevoerd om het ruimtevaartuig nauwgezet te manoeuvreren, zodat het tegen 20 oktober precies op de juiste plek is om met het monsterverzamelingsproces te beginnen.
2500 voet boven het oppervlak - 4,5 uur vanaf de landing
Het ruimtevaartuig begint een manoeuvre om de baan te verlaten en door te reizen naar Nightingale. Kort nadat het de baan verlaat, wordt de TAGSAM-arm ingezet, draait het ruimtevaartuig in de juiste richting en wordt de navigatiecamera die het NFT-systeem mogelijk maakt, naar het oppervlak van Bennu geleid. Vanaf hier zal de NFT voortdurend de positie van OSIRIS-REx bepalen en de veiligheid ervan waarborgen ten opzichte van een kaart met gevaren op het oppervlak.
410 voet - 20 minuten vanaf de landing
De zonnepanelen van het ruimtevaartuig zijn in een Y-vleugelpositie gevouwen. OSIRIS-REx vuurt zijn stuwraketten af om een checkpoint burn uit te voeren, die ervoor zorgt dat het ruimtevaartuig op weg is naar Nightingale.
177 voet - 10 minuten vanaf de landing
Boegschroeven vuren opnieuw om het matchpunt te verbranden om de snelheid van het ruimtevaartuig aan te passen aan de rotatie van de asteroïde. Dit stelt het precieze contact en de snelheid voor de landing in, en het ruimtevaartuig bevindt zich in wezen in een vrije val naar de oppervlakte.
16 voet
Dit is de laatste benchmark voordat de daadwerkelijke monsterverzameling plaatsvindt. Als de NFT denkt dat de TAGSAM-arm naar beneden komt op iets gevaarlijks dat door de gevarenkaart wordt gemarkeerd, zal het automatisch een abortieve verbranding uitvoeren die het ruimtevaartuig omhoog en weg van het oppervlak beweegt. Billett zegt dat er ongeveer 5,8% kans is dat dit gebeurt. Anders blijft het naar beneden gaan.
Touchdown
TAGSAM maakt kort en zeer zacht contact met het oppervlak gedurende vijf tot tien seconden. Gedurende die tijd wordt de stikstofgasfles ontstoken en wordt begonnen met het verzamelen van monsters. Als het voorbij is, zullen de stuwraketten opnieuw vuren en zal het ruimtevaartuig naar een veilige afstand van de asteroïde vertrekken.
Een animatie van de monsterverzameling door TAGSAM in de lage zwaartekrachtomgeving van Bennu.
De nasleep
Het doel is dat de TAGSAM-kop ten minste 60 gram materiaal oppikt (hoewel het mogelijk wel twee kilogram zou kunnen worden). Het team zal de komende week een reeks experimenten uitvoeren om te verifiëren of dit is gelukt. Het begint met visueel bewijs van de TAGSAM-kop van een van de ingebouwde camera's. Vervolgens meet het team de massa van het monster in de TAGSAM-kop. Je kunt dingen niet echt wegen in het microzwaartekrachtveld van Bennu (een miljoenste van de zwaartekracht aan het aardoppervlak), dus dit zal gericht zijn op het observeren van de spin van het ruimtevaartuig (die zou moeten veranderen met toegevoegde massa). Als het team denkt dat er voldoende monster is verzameld, wordt het in de monsterretourcapsule opgeborgen.
Maar er is een kans van 30% dat OSIRIS-REx niet genoeg materiaal oppikt. TAGSAM heeft nog twee stikstofgasflessen voor nog twee inzamelpogingen. Omdat Nightingale al gestoord zal zijn door de eerste landing, zou een tweede poging hoogstwaarschijnlijk in januari plaatsvinden op een locatie genaamd Osprey. Dat betekent dat we mogelijk monsters van twee verschillende locaties op Bennu zouden kunnen krijgen - en het zou aan onderzoekers op aarde zijn om alles te ontrafelen en erachter te komen wat waar vandaan kwam.
Dat lijkt misschien een gedoe, maar het zou een kleine prijs zijn om wat puin te krijgen van een rots 200 miljoen mijl verderop. Hoe dan ook, het is de bedoeling dat OSIRIS-REx Bennu later in 2021 verlaat en de verzamelde monsters op 24 september 2023 thuisbrengt.
Correctie 10/14: in de eerste versie van het verhaal stond dat NFT is ontwikkeld door Lockheed Martin voor het Amerikaanse leger. NFT is ontwikkeld als onderdeel van intern onderzoek en ontwikkeling door het bedrijf, niet voor het Amerikaanse leger.