OSIRIS-REx - OSIRIS-REx

OSIRIS-REx
Model statku kosmicznego OSIRIS-REx.png
Wizualizacja artysty statku kosmicznego OSIRIS-REx
Nazwy Pochodzenie, interpretacja spektralna, identyfikacja zasobów, bezpieczeństwo, eksplorator Regolith;
Nowe granice 3
Typ misji Zwrot próbki asteroidy
Operator NASA / Lockheed Martin
ID COSPAR 2016-055A
SATCAT nr. 41757
Strona internetowa asteroidmisja.org
Czas trwania misji 7 lat (planowane)
               505 dni na asteroidzie
5 lat, 1 miesiąc, 8 dni (minęło)
               1049 dni na asteroidzie
Właściwości statku kosmicznego
Producent Lockheed Martin
Uruchom masę 2110 kg (4650 funtów)
Sucha masa 880 kg (1940 funtów)
Wymiary 2,44 × 2,44 × 3,15 m (8 stóp 0 cali × 8 stóp 0 cali × 10 stóp 4 cale)
Moc 1226 do 3000 watów
Początek misji
Data uruchomienia 8 września 2016, 23:05 UTC
Rakieta Atlas V 411 (AV-067)
Uruchom witrynę Przylądek Canaveral , SLC-41
Kontrahent United Launch Alliance (ULA)
Koniec misji
Data lądowania 24 września 2023, godz. 15:00 UTC (planowane)
Lądowisko Poligon testowy i treningowy w Utah
Parametry orbitalne
System odniesienia Bennu -centryczny
Wysokość 0,68-2,1 km (0,42-1,30 mil)
Okres 22–62 godziny
Przelot Ziemi
Najbliższe podejście 22 września 2017
Dystans 17.237 km (10.711 mil)
Orbiter Bennu
Wstawianie orbitalne 31 grudnia 2018
(Rendezvous: 3 grudnia 2018)
Wylot z orbity 10 maja 2021
Masa próbki Od 60 g (2,1 uncji) do 2000 g (71 uncji)
Lądownik Bennu
Data lądowania 20 października 2020, 22:13 UTC ( 2021-10-17UTC02:02:57 ) 
Lądowisko "Słowik"
Przelot Bennu
Najbliższe podejście 7 kwietnia 2021
Dystans 3,5 km (2,2 mil)
Logo misji OSIRIS-REx (ok. 2015 r.).png
Logo misji OSIRIS-REx
←  Juno
Ważka  →
 

OSIRIS-REx ( Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer ) to misja NASA badająca asteroidy i zwracająca próbki . Głównym celem misji jest pobranie próbki o masie co najmniej 60 g (2,1 uncji) z 101955 Bennu , węglowej asteroidy znajdującej się w pobliżu Ziemi , i zwrócenie jej na Ziemię w celu szczegółowej analizy. Oczekuje się, że zwrócony materiał pozwoli naukowcom dowiedzieć się więcej o powstawaniu i ewolucji Układu Słonecznego , jego początkowych stadiach formowania się planet oraz źródle związków organicznych, które doprowadziły do powstania życia na Ziemi.

OSIRIS-REx został wystrzelony 8 września 2016 r., przeleciał obok Ziemi 22 września 2017 r. i spotkał się z Bennu 3 grudnia 2018 r. Kolejne kilka miesięcy spędził na analizie powierzchni, aby znaleźć odpowiednie miejsce do pobrania próbki. 20 października 2020 r. OSIRIS-REx wylądował na Bennu i pomyślnie pobrał próbkę. Chociaż część próbki uciekła, gdy klapka, która powinna była zamknąć głowicę próbnika, została zablokowana przez większe skały, NASA jest przekonana, że ​​były w stanie zatrzymać od 400 g do ponad 1 kg materiału próbki, znacznie przekraczając 60 g (2,1 uncji) minimalna masa docelowa. OSIRIS-REx ma powrócić ze swoją próbką na Ziemię 24 września 2023 roku.

Bennu został wybrany jako cel badań, ponieważ jest „ kapsułą czasu ” od narodzin Układu Słonecznego . Bennu ma bardzo ciemną powierzchnię i jest klasyfikowana jako asteroida typu B , podtyp asteroid węglowych typu C . Takie asteroidy są uważane za „prymitywne”, ponieważ od czasu powstania uległy niewielkim zmianom geologicznym. W szczególności wybrano Bennu ze względu na dostępność nieskazitelnego materiału węglowego , kluczowego pierwiastka w molekułach organicznych niezbędnych do życia, a także przedstawiciela materii sprzed powstania Ziemi. Cząsteczki organiczne, takie jak aminokwasy , zostały wcześniej znalezione w próbkach meteorytów i komet, co wskazuje, że niektóre składniki niezbędne do życia mogą być naturalnie syntetyzowane w przestrzeni kosmicznej.

Koszt misji to około 800 milionów dolarów, nie wliczając rakiety nośnej Atlas V , czyli około 183,5 miliona dolarów. Jest to trzecia , po Juno i New Horizons, planetarna misja naukowa wybrana w programie New Frontiers . Główny badacz jest Dante Lauretta z University of Arizona . Jeśli się powiedzie, OSIRIS-REx będzie pierwszym statkiem kosmicznym Stanów Zjednoczonych, który zwróci próbki z asteroidy. Japońska sonda Hayabusa powrócił próbek z 25143 Itokawa w 2010 roku, a Hayabusa 2 wrócił z 162173 Ryugu w grudniu 2020. W dniu 10 maja 2021 r OSIRIS-Rex zakończone powodzeniem swoje odejście z Bennu i rozpoczął 2 lata wrócić na Ziemię.

Misja

Asteroida Bennu , sfotografowana przez sondę OSIRIS-REx, 3 grudnia 2018 r.
Film przedstawiający misję OSIRIS-REx

Ogólne zarządzanie, inżynieria i nawigacji dla misji jest przez NASA 's Goddard Space Flight Center , natomiast University of Arizona ' s Lunar and Planetary Laboratory zapewnia podstawowe operacje naukowe i Lockheed Martin Space Systems zbudował statek kosmiczny i zapewnia operacje misji. W skład zespołu naukowego wchodzą członkowie ze Stanów Zjednoczonych , Kanady , Francji , Niemiec , Wielkiej Brytanii i Włoch .

Po około dwóch latach podróży sonda spotkała się z asteroidą 101955 Bennu w grudniu 2018 roku i rozpoczęła 505 dni mapowania powierzchni w odległości około 5 km (3,1 mil). Wyniki tego mapowania zostały wykorzystane przez zespół misji do wybrania miejsca, z którego należy pobrać próbkę powierzchni asteroidy. Następnie przeprowadzono podejście bliskie (bez lądowania), aby umożliwić wysunięcie ramienia robota w celu pobrania próbki.

Po zebraniu materiału (60 gramów), próbka zostanie zwrócona na Ziemię w 46 kg (101 funtów) kapsule podobnej do tej, która zwróciła próbki komety 81P/Wild na statku kosmicznym Stardust . Podróż powrotna na Ziemię będzie krótsza, a kapsuła wyląduje ze spadochronem na poligonie testowo-szkoleniowym w Utah we wrześniu 2023 roku, zanim zostanie przetransportowana do Johnson Space Center w celu przetworzenia w dedykowanym ośrodku badawczym.

Początek

Uruchomienie OSIRIS-REx

Start odbył się 8 września 2016 r. o godzinie 23:05 UTC na statku United Launch Alliance Atlas V 411 z Cape Canaveral , Space Launch Complex 41 . Konfiguracja rakiety 411 składa się z pierwszego stopnia napędzanego RD-180 z pojedynczym dopalaczem na paliwo stałe AJ-60A oraz z górnego stopnia Centaur . OSIRIS-REx oddzielony od rakiety nośnej 55 minut po zapłonie. Start został uznany za „dokładnie doskonały” przez głównego badacza misji , bez żadnych anomalii wykrytych przed lub w trakcie startu.

Rejs

OSIRIS-REx wszedł w fazę rejsu wkrótce po oddzieleniu od rakiety nośnej, po pomyślnym rozmieszczeniu paneli słonecznych, uruchomieniu systemu napędowego i ustanowieniu połączenia komunikacyjnego z Ziemią. Jego hiperboliczna prędkość ucieczki z Ziemi wynosiła około 5,41 km/s (3,36 mil/s). 28 grudnia 2016 sonda z powodzeniem wykonała swój pierwszy manewr w głębokim kosmosie, zmieniając prędkość o 431 m/s (1550 km/h), zużywając 354 kg (780 funtów) paliwa. Dodatkowe, mniejsze odpalenie jego silników odrzutowych 18 stycznia 2017 r. jeszcze bardziej udoskonaliło jego kurs dla asysty grawitacyjnej Ziemi 22 września 2017 r. Faza rejsu trwała do spotkania z Bennu w grudniu 2018 r., po czym wszedł w fazę nauki i zbierania próbek.

Podczas fazy przelotu OSIRIS-REx był używany do poszukiwania klasy obiektów bliskich Ziemi, znanych jako asteroidy Ziemia-Trojan , przechodzących przez punkt Lagrange'a Sun-Earth L 4 . W dniach 9-20 lutego 2017 r. zespół OSIRIS-REx wykorzystał kamerę MapCam statku kosmicznego do poszukiwania obiektów, wykonując około 135 zdjęć przeglądowych każdego dnia do przetworzenia przez naukowców z University of Arizona . Poszukiwania były korzystne, mimo że nie znaleziono żadnych nowych trojanów, ponieważ bardzo przypominały operację wymaganą, gdy statek kosmiczny zbliżył się do Bennu, szukając naturalnych satelitów i innych potencjalnych zagrożeń. W dniu 12 lutego 2017 roku, podczas gdy 673 x 10 6  km (418 × 10 6  mil) od Jowisza , instrumentu PolyCam pokładzie OSIRIS-Rex skutecznie odwzorowana gigantyczną planetę i trzech jego księżyców, Callisto , Io i Ganimedesa . ^^

OSIRIS-REx przeleciał nad Ziemią 22 września 2017 r.

Przyjazd i ankieta

3 grudnia 2018 r. NASA potwierdziła, że ​​OSIRIS-REx zbliżył się do prędkości i orbity Bennu w odległości około 19 km (12 mil), skutecznie docierając do asteroidy. OSIRIS-REx wykonał bliższe przejścia powierzchni Bennu, początkowo na około 6,5 km (4,0 mil) do grudnia, aby jeszcze bardziej udoskonalić kształt i orbitę Bennu. Wstępne badania spektroskopowe powierzchni asteroidy przez sondę OSIRIS-REx wykryły obecność uwodnionych minerałów w postaci gliny . Podczas gdy naukowcy podejrzewają, że Bennu był zbyt mały, aby pomieścić wodę, grupy hydroksylowe mogły pochodzić z obecności wody w ciele macierzystym, zanim Bennu się oddzielił.

OSIRIS-REx wszedł na orbitę wokół Bennu 31 grudnia 2018 r. na około 1,75 km (1,09 mil), aby rozpocząć szeroko zakrojoną kampanię zdalnego mapowania i wykrywania w celu wybrania miejsca na próbkę. Jest to najmniejsza odległość, że każdy statek kosmiczny na orbicie ma się niebiańską obiekt, przekraczając Rosetta „s orbity komety 67P / Churyumov-Gerasimenko na 7 km (4,3 mil). Na tej wysokości okrążenie Bennu zajmuje statkowi kosmicznemu 62 godziny. Pod koniec tego szczegółowego przeglądu sonda weszła na bliższą orbitę o promieniu 1 km (0,62 mil).

Akwizycja próbki

Koncepcja artystyczna działania instrumentu TAGSAM

Procedura

Próby przeprowadzono przed pobraniem próbek, podczas których panele słoneczne miały zostać podniesione do konfiguracji w kształcie litery Y, aby zminimalizować ryzyko gromadzenia się kurzu podczas kontaktu i zapewnić większy prześwit w przypadku przewrócenia się statku kosmicznego (do 45 °) podczas kontakt. Zejście było bardzo powolne, aby zminimalizować odpalenia silnika przed kontaktem, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo zanieczyszczenia powierzchni asteroidy nieprzereagowanym paliwem hydrazyny . Kontakt z powierzchnią Bennu miał być wykrywany za pomocą akcelerometrów, a siłę uderzenia rozpraszała sprężyna w ramieniu TAGSAM.

Po zetknięciu się z powierzchnią przyrządu TAGSAM uwolniono wyrzut gazowego azotu , który miał na celu wdmuchnięcie cząstek regolitu mniejszych niż 2 cm (0,8 cala) do głowicy próbnika na końcu ramienia robota. Pięciosekundowy licznik czasu ograniczał czas zbierania danych, aby zmniejszyć ryzyko kolizji. Po upływie czasu manewr cofania wykonał bezpieczne odejście od asteroidy.

Plan zakładał, że kilka dni później OSIRIS-REx wykona manewr hamowania, aby powstrzymać odpływ od asteroidy na wypadek, gdyby konieczne było ponowne pobranie próbki. Następnie wykonywał zdjęcia głowy TAGSAM, aby sprawdzić, czy pobrano próbkę. Jeśli próbka została pobrana, statek kosmiczny obracałby się wokół krótkiej osi ramienia próbki, aby określić masę próbki poprzez pomiar momentu bezwładności i określić, czy przekracza on wymagane 60 g (2,1 uncji).

Manewry hamowania i obrotu zostały anulowane, ponieważ obrazy pojemnika na próbki wyraźnie wskazywały na zebranie dużego nadmiaru materiału, którego część mogła wydostać się przez uszczelnienie pojemnika z powodu zakleszczenia mechanizmu przez jakiś materiał. Zebrany materiał przeznaczono do natychmiastowego przechowywania w Kapsule Zwrotu Próbki. W dniu 28 października 2020 r. głowica pobierająca próbki została zabezpieczona w kapsule powrotnej. Po odcięciu głowicy od ramienia kolektora, ramię zostanie następnie wycofane do konfiguracji startowej, a pokrywa kapsuły zwrotnej próbki zostanie zamknięta i zatrzaśnięta, przygotowując się do powrotu na Ziemię .

Oprócz mechanizmu masowego pobierania próbek, podkładki kontaktowe na końcu głowicy próbkującej wykonane z maleńkich pętli ze stali nierdzewnej ( rzep ) pasywnie zbierają ziarna pyłu mniejsze niż1 mm .

Operacje

Ostatnie cztery kandydujące przykładowe witryny
Udana zbiórka próbek z października 2020 r., pokazująca, że ​​OSIRIS-REx ląduje na stronie z próbkami Nightingale
Pobieranie próbek widziane przez kamerę nawigacyjną (00:47; 20.10.2020)
Zdjęcia głowy TAGSAM pokazujące, że jest pełna kamieni i pyłu zebranego z Bennu i że wycieka materiał w kosmos
OSIRIS-REx z powodzeniem umieścił swoją próbkę asteroidy Bennu w październiku 2020 roku.

NASA wybrała w sierpniu 2019 r. ostatnie cztery kandydackie miejsca próbne o nazwach Nightingale, Kingfisher, Osprey i Sandpiper. 12 grudnia 2019 r. ogłosili, że Nightingale został wybrany jako główna witryna próbkowania, a Osprey została wybrana jako witryna zapasowa. Oba znajdują się w kraterach, Nightingale znajduje się w pobliżu bieguna północnego Bennu, podczas gdy Osprey znajduje się w pobliżu równika.

Wstępne plany NASA zakładały wykonanie pierwszego próbkowania pod koniec sierpnia 2020 r.; Pierwotnie zaplanowane przez NASA wydarzenie zbierania próbek Touch-and-Go (TAG) zostało zaplanowane na 25 sierpnia 2020 r., ale zostało przełożone na 20 października 2020 r., o godzinie 22:13 UTC. W dniu 15 kwietnia 2020 r. odbyła się z sukcesem pierwsza próba pobrania próbek na stanowisku Nightingale. Ćwiczenie obejmowało OSIRIS-REx na odległość 65 m (213 stóp) od powierzchni przed wykonaniem oparzenia wstecznego. Druga próba została pomyślnie zakończona 11 sierpnia 2020 r., sprowadzając OSIRIS-REx do 40 m (130 stóp) nad powierzchnię. Była to ostatnia próba przed pobraniem próbki, która miała się odbyć 20 października 2020 r. o godzinie 22:13 UTC.

O godzinie 22:13  UTC , 20 października 2020 r., OSIRIS-REx z powodzeniem wylądował na Bennu. NASA potwierdziła na podstawie zdjęć wykonanych podczas pobierania próbek, że osoba pobierająca próbki nawiązała kontakt. Sonda wylądowała w odległości 92 cm (36 cali) od miejsca docelowego. Próbka asteroidy, która została oszacowana na co najmniej 60 gramów, została pobrana przez OSIRIS-REx po wylądowaniu. Po zobrazowaniu głowy TAGSAM NASA doszła do wniosku, że w klapie mylaru znajdują się skały, które mają utrzymać próbkę w środku, powodując powolną ucieczkę próbki w przestrzeń kosmiczną. Aby zapobiec dalszej utracie próbki przez klapy, NASA zrezygnowała z wcześniej zaplanowanego manewru wirowania w celu określenia masy próbki oraz manewru hamowania nawigacyjnego i zdecydowała się schować próbkę 27 października 2020 r., a nie 2 listopada 2020 r. zgodnie z pierwotnym planem, co zakończyło się pomyślnie. Zaobserwowano, że głowica zbierająca unosiła się nad SRC po tym, jak ramię TAGSAM przesunęła ją do właściwej pozycji do przechwycenia, a później głowica zbierająca została przymocowana do pierścienia przechwytującego w Kapsule Zwrotu Próbki .

Kiedy głowa została umieszczona w pierścieniu przechwytywania kapsuły Sample-Return Capsule w dniu 28 października 2020 r., statek kosmiczny wykonał „kontrolę wycofania”, która nakazała ramieniu TAGSAM wycofać się z kapsuły. Ten manewr ma na celu szarpnięcie głowicy kolektora i zapewnienie, że zatrzaski – które utrzymują głowicę kolektora na miejscu – są dobrze zabezpieczone. Po teście zespół misji otrzymał telemetrię potwierdzającą, że głowa jest odpowiednio zabezpieczona w Kapsule Zwrotu Próbki. Następnie, 28 października 2020 r., należy najpierw odłączyć dwie części mechaniczne ramienia TAGSAM – są to rurki, które przenoszą gazowy azot do głowicy TAGSAM podczas pobierania próbki oraz samo ramię TAGSAM. W ciągu następnych kilku godzin zespół misji nakazał statkowi kosmicznemu przeciąć rurkę, która mieszała próbkę przez głowicę TAGSAM podczas pobierania próbki i oddzielić głowicę zbierającą od ramienia TAGSAM. Gdy zespół potwierdził, że te działania zostały wykonane, 28 października 2020 r. nakazał statkowi kosmicznemu zamknięcie i zapieczętowanie kapsuły zwrotnej próbki, ostatniego etapu procesu przechowywania próbek próbek Bennu. Aby uszczelnić SRC, statek kosmiczny zamyka pokrywę, a następnie zabezpiecza dwa wewnętrzne zatrzaski. Dodatkowo podczas inspekcji zdjęć zaobserwowano, że kilka cząstek uciekło z głowicy kolektora podczas procedury rozmieszczania, ale potwierdzono, że żadne cząstki nie będą utrudniać procesu rozmieszczania, ponieważ zespół był przekonany, że w środku pozostaje duża ilość materiału głowy, będąc więcej niż potrzebna ilość, 60 g (2,1 uncji), czyli od 60 g (2,1 uncji) do 2000 g (71 uncji). Próbka Bennu jest bezpiecznie przechowywana i gotowa do podróży na Ziemię. Teraz, gdy głowica zbierająca jest zabezpieczona wewnątrz SRC, kawałki próbki nie będą już gubione.

Przykładowy zwrot

Zespół OSIRIS-REx przygotowuje teraz statek kosmiczny do następnej fazy misji, rejsu powrotnego na Ziemię. 7 kwietnia 2021 r. OSIRIS-REx zakończył swój ostatni wiadukt nad Bennu i zaczął powoli oddalać się od asteroidy. 10 maja 2021 r. OSIRIS-REx oficjalnie opuścił asteroidę Bennu i rozpoczął dwuletnią podróż na Ziemię z próbką asteroidy.

24 września 2023 r. kapsuła powrotna OSIRIS-REx ma ponownie wejść w ziemską atmosferę i wylądować pod spadochronem na poligonie testowo-szkoleniowym Sił Powietrznych w Utah . Próbka byłaby kuratorowana w NASA Astromaterials Research and Exploration Science Directorate (ARES) oraz w japońskim Extraterrestrial Sample Curation Center . Próbki materiału z asteroidy zostałyby rozesłane organizacjom na całym świecie przez ARES.

Rozszerzona misja

Rozważana jest przedłużona misja spotkania z bliską Ziemi planetoidą Apophis w kwietniu 2029 roku, tuż po jej bliskim zbliżeniu się do Ziemi . Profil misji byłby podobny do tego przeprowadzonego w Bennu, z fazą powolnego podejścia i spotkania przed wejściem na orbitę wokół asteroidy.

Nazwa

OSIRIS-REx to akronim, a każda litera lub kombinacja liter odnosi się do części projektu:

  • O – początki
  • SI – interpretacja spektralna
  • RI – identyfikacja zasobów
  • S – bezpieczeństwo
  • REx – eksplorator regolitu

Każde z tych słów zostało wybrane, aby reprezentować aspekt tej misji. Na przykład S, dla bezpieczeństwa oznacza ochronę Ziemi przed niebezpiecznym NEO . W szczególności dotyczy to lepszego zrozumienia efektu Jarkowskiego , który zmienia trajektorię asteroidy. Regolith Explorer oznacza, że ​​misja zbada teksturę, morfologię, geochemię i właściwości spektralne regolitu asteroidy Bennu.

Kiedy jego koncepcja dziedzictwa została zaproponowana w programie Discovery w 2004 roku, nazwano go tylko OSIRIS, z REx dla „Regolith Explorer” użytym w opisie, a nie jako część nazwy. Ta misja jest również czasami nazywana New Frontiers 3, ponieważ jest to trzecia misja programu New Frontiers .

Akronim OZYRYS został wybrany w odniesieniu do starożytnego mitologicznego egipskiego boga Ozyrysa , władcy podziemi zmarłych. Był klasycznie przedstawiany jako zielonoskóry mężczyzna z brodą faraona, częściowo owinięty mumią na nogach i noszący charakterystyczną koronę z dwoma dużymi strusimi piórami po obu stronach. Jego imię zostało wybrane do tej misji, ponieważ asteroida Bennu jest groźnym uderzeniem w Ziemię , z szacowaną szansą uderzenia Ziemię w 1 na 1800 w roku 2170. Rex oznacza „król” po łacinie.

Cele naukowe

Przykładowa kapsuła powrotna — widok rozstrzelony

Cele naukowe misji to:

  • Zwróć i przeanalizuj próbkę nieskazitelnego węglowego regolitu asteroid w ilości wystarczającej do zbadania natury, historii i rozmieszczenia wchodzących w jego skład minerałów i związków organicznych
  • Mapuj globalne właściwości, chemię i mineralogię prymitywnej asteroidy węglowej, aby scharakteryzować jej historię geologiczną i dynamiczną oraz zapewnić kontekst dla zwróconych próbek
  • Udokumentować tekstury, morfologia, geochemii i właściwości spektralne z regolicie w miejscu próbkowania in situ w skale w dół do milimetra
  • Zmierz efekt Yarkovsky'ego (siłę termiczną działającą na obiekt) na potencjalnie niebezpiecznej asteroidzie i ogranicz właściwości planetoidy, które przyczyniają się do tego efektu
  • Scharakteryzuj zintegrowane globalne właściwości prymitywnej planetoidy węglowej, aby umożliwić bezpośrednie porównanie z naziemnymi danymi teleskopowymi całej populacji planetoid

Obserwacje teleskopowe pomogły zdefiniować orbitę 101955 Bennu , obiektu bliskiego Ziemi (NEO) o średniej średnicy w zakresie od 480 do 511 m (1575 do 1677 stóp). Uzupełnia orbitę z Sun każdych 436.604 dni (1,2 roku). Ta orbita zbliża ją do Ziemi co sześć lat. Chociaż orbita jest dość dobrze znana, naukowcy nadal ją udoskonalają. Znajomość orbity Bennu ma kluczowe znaczenie, ponieważ ostatnie obliczenia dały skumulowane prawdopodobieństwo 1 do 1410 (lub 0,071%) uderzenia w Ziemię w okresie 2169 do 2199. Jednym z celów misji jest lepsze zrozumienie efektów niegrawitacyjnych (takich jak efekt Yarkovsky'ego ) na tej orbicie oraz implikacje tych efektów dla prawdopodobieństwa kolizji Bennu. Znajomość właściwości fizycznych Bennu będzie miała kluczowe znaczenie dla przyszłych naukowców, aby mogli je zrozumieć podczas opracowywania misji unikania uderzenia asteroidy .

Specyfikacje

Model 3D OSIRIS-REx
OSIRIS-REx zestaw instrumentów
  • Wymiary: długość 2,4 m (7 stóp 10 cali), szerokość 2,4 m (7 stóp 10 cali), wysokość 3,15 m (10,3 stopy)
  • Szerokość z rozmieszczonymi panelami słonecznymi : 6,17 m (20,2 stopy)
  • Moc: Dwa panele słoneczne generują od 1226 do 3000 watów, w zależności od odległości statku kosmicznego od Słońca. Energia jest magazynowana w akumulatorach litowo-jonowych .
  • Układ napędowy: Oparty na monopropelencie hydrazynowym opracowanym dla Mars Reconnaissance Orbiter , niosącym 1230 kg (2710 funtów) paliwa i helu.
  • Kapsuła powrotna próbki ponownie wejdzie w atmosferę Ziemi w celu lądowania ze spadochronem. Kapsuła z zamkniętymi próbkami zostanie pobrana z powierzchni Ziemi i zbadana, tak jak miało to miejsce w przypadku misji Stardust .

Instrumenty

Oprócz sprzętu telekomunikacyjnego statek kosmiczny posiada zestaw instrumentów do obrazowania i analizowania asteroidy na wielu długościach fal oraz pobierania fizycznej próbki, aby powrócić na Ziemię. Towarzystwo Planetarne koordynowało kampanię mającą na celu zaproszenie zainteresowanych osób do zapisania ich nazwisk lub grafiki na temat ducha eksploracji misji na mikrochipie, który jest obecnie przewożony w statku kosmicznym.

OCAMS

Pakiet aparatów do obrazowania

Pakiet OSIRIS-REx Camera Suite (OCAMS) składa się z PolyCam, MapCam i SamCam. Razem pozyskują informacje o asteroidzie Bennu, zapewniając globalne mapowanie, rozpoznanie i charakterystykę miejsca pobrania próbki, obrazowanie w wysokiej rozdzielczości oraz zapisy pozyskania próbki.

  • PolyCam, teleskop o średnicy 20 cm (7,9 cala), pozyskiwał obrazy w świetle widzialnym o coraz wyższej rozdzielczości podczas zbliżania się do asteroidy oraz obrazy powierzchni w wysokiej rozdzielczości z orbity
  • MapCam wyszukuje satelity i odgazowujące pióropusze. Mapuje asteroidę w czterech niebieskich, zielonych, czerwonych i bliskiej podczerwieni kanałach i informuje model o kształcie Bennu oraz zapewnia obrazowanie w wysokiej rozdzielczości potencjalnych miejsc pobierania próbek
  • SamCam stale dokumentuje nabycie próbek

OVIRS

OVIRS

Spektrometr widzialny i IR OSIRIS-REx (OVIRS) to spektrometr, który mapuje minerały i substancje organiczne na powierzchni asteroidy. Dostarcza pełnodyskowych danych spektralnych planetoid z rozdzielczością 20 m. Mapuje niebieski do bliskiej podczerwieni, 400-4300 nm , przy rozdzielczości widmowej od 7.5-22 nm . Dane te zostaną wykorzystane w połączeniu z widmami OTES do kierowania wyborem miejsca próbki. Zakresy widmowe i zdolności rozdzielcze są wystarczające do uzyskania map powierzchniowych węglanów , krzemianów , siarczanów , tlenków , zaadsorbowanej wody i szerokiej gamy związków organicznych .

OTES

OTES

Spektrometr emisji termicznej OSIRIS-REx (OTES) zapewnia mapy spektralne emisji termicznej i lokalne informacje spektralne potencjalnych miejsc próbek w termicznym kanale podczerwieni obejmującym 4–50 µm, ponownie w celu mapowania substancji mineralnych i organicznych. Zakres długości fal , rozdzielczość widmowa i parametry radiometryczne są wystarczające do rozdzielenia i identyfikacji krzemianów, węglanów, siarczanów, fosforanów, tlenków i minerałów wodorotlenowych. OTES jest również używany do pomiaru całkowitej emisji ciepła z Bennu na poparcie wymogu globalnego pomiaru emitowanego promieniowania.

W oparciu o wydajność Mini-TES w zakurzonym środowisku powierzchni Marsa, OTES został zaprojektowany tak, aby był odporny na ekstremalne zanieczyszczenie pyłem elementów optycznych.

REXIS

Spektrometr obrazowania rentgenowskiego Regolith (REXIS) zapewni mapę spektroskopii rentgenowskiej Bennu, aby zmapować obfitość pierwiastków. REXIS to wspólny projekt czterech grup w Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Harvard University , który może zaangażować ponad 100 studentów w cały proces. REXIS opiera się na sprzęcie z dziedzictwem lotniczym, minimalizując w ten sposób elementy ryzyka technicznego, ryzyka harmonogramu i ryzyka kosztów.

REXIS to teleskop z miękkim promieniowaniem rentgenowskim (0,3–7,5 keV) z kodowaną aperturą, który obrazuje liniową emisję fluorescencji promieniowania rentgenowskiego wytworzoną przez absorpcję promieni słonecznych i wiatru słonecznego z pierwiastkami w regolicie Bennu prowadzącym do lokalnego promieniowania rentgenowskiego emisje. Obrazy tworzone są z rozdzielczością 21  minut kątowych (rozdzielczość przestrzenna 4,3 m przy odległości 700 m). Obrazowanie uzyskuje się poprzez skorelowanie wykrytego obrazu rentgenowskiego z losową maską 64×64 elementów (piksele 1,536 mm). REXIS będzie przechowywać dane każdego zdarzenia rentgenowskiego, aby zmaksymalizować wykorzystanie przechowywania danych i zminimalizować ryzyko. Do pikseli będzie skierowana w 64 x 64 pojemników, a zakres 0.3-7.5 keV są objęte pięciu szerokich zakresach i 11 wąskich pasm liniowych. Znacznik czasu rozdzielczości 24 sekundy będzie przeplatany z danymi zdarzenia, aby uwzględnić rotację Bennu. Obrazy zostaną zrekonstruowane na ziemi po łączu w dół listy wydarzeń. Obrazy powstają jednocześnie w 16 pasmach energetycznych skupionych na dominujących liniach obfitych pierwiastków powierzchniowych od OK (0,5 keV) do Fe-Kß (7 keV) oraz reprezentatywnym kontinuum. Podczas fazy orbitalnej 5B, 21-dniowej orbity 700 m od powierzchni Bennu, oczekuje się łącznie co najmniej 133 zdarzeń/piksel asteroidy/pasmo energii poniżej 2 keV; wystarczy, aby uzyskać znaczne ograniczenia liczebności pierwiastków w skalach większych niż 10 m.

11 listopada 2019 r. studenci i badacze zaangażowani w misję przypadkowo odkryli rozbłysk promieniowania rentgenowskiego z czarnej dziury o nazwie MAXI J0637-430, znajdującej się w odległości 30 000 lat świetlnych, podczas obserwacji asteroidy za pomocą REXIS.

OLA

Wysokościomierz laserowy OSIRIS-REx (OLA) jest instrumentem skanującym i lidarowym , który zapewni informacje topograficzne w wysokiej rozdzielczości podczas całej misji. Informacje otrzymane przez OLA tworzą globalne mapy topograficzne Bennu, lokalne mapy kandydujących stanowisk próbnych, wspierające inne instrumenty oraz wspierające analizy nawigacyjne i grawitacyjne.

OLA skanuje powierzchnię Bennu w określonych odstępach czasu, aby szybko zmapować całą powierzchnię asteroidy, aby osiągnąć swój główny cel, jakim jest tworzenie lokalnych i globalnych map topograficznych. Dane zebrane przez OLA zostaną również wykorzystane do opracowania sieci kontrolnej względem środka masy asteroidy oraz do udoskonalenia i udoskonalenia badań grawitacyjnych Bennu.

OLA ma jeden wspólny odbiornik i dwa komplementarne zespoły nadajników, które zwiększają rozdzielczość zwracanych informacji. Wysokoenergetyczny nadajnik laserowy OLA służy do określania odległości i mapowania od 1 do 7,5 km (0,62 do 4,66 mil). Nadajnik o niskiej energii służy do określania odległości i obrazowania od 0,5 do 1 km (0,31 do 0,62 mil). Częstotliwość powtarzania tych nadajników określa szybkość akwizycji danych OLA. Impulsy laserowe z nadajników o niskiej i wysokiej energii kierowane są na ruchome lustro skanujące, które jest współliniowe z polem widzenia teleskopu odbiorczego, ograniczając skutki promieniowania słonecznego w tle. Każdy impuls podaje zakres docelowy, azymut, elewację, odbieraną intensywność i znacznik czasu.

OLA została sfinansowana przez Kanadyjską Agencję Kosmiczną (CSA) i została zbudowana przez MDA w Brampton , Ontario , Kanada . OLA została dostarczona do integracji ze statkiem kosmicznym w dniu 17 listopada 2015 roku. Głównym naukowcem OLA jest Michael Daly z York University .

TAGSAM

Test ramienia TAGSAM przed startem

System zwrotu próbek, zwany Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM), składa się z głowicy próbnika z przegubowym ramieniem o długości 3,35 m (11,0 stóp). Pokładowe źródło azotu obsługuje do trzech oddzielnych prób pobierania próbek o minimalnej łącznej ilości 60 g (2,1 uncji) próbki. Powierzchniowe podkładki kontaktowe będą również zbierać drobnoziarnisty materiał.

Najważniejsze cechy instrumentu i techniki TAGSAM to:

  • Względna prędkość podejścia 10 cm/s (3,9 cala/s)
  • Kontakt w promieniu 25 m (82 stopy) od wybranej lokalizacji
  • Próbkowanie dokumentów OCAMS z częstotliwością 1 Hz
  • Zbierz próbki w mniej niż pięć sekund, bezpośredni azot (N 2 ) pierścieniowy strumień fluidyzuje regolit, podkładka stykająca się z powierzchnią przechwytuje próbkę powierzchni
  • Weryfikacja zbiorczego pobierania próbek poprzez zmianę bezwładności statku kosmicznego; próbka powierzchni przez obrazowanie głowicy próbnika
  • Głowica próbnika przechowywana w kapsule zwrotnej próbki i zwrócona na Ziemię

Współpraca z JAXA

Hayabusa2 to podobna misja JAXA, której celem jest zebranie próbek z bliskiej Ziemi asteroidy 162173 Ryugu . Przybył na asteroidę w czerwcu 2018 r., opuścił w listopadzie 2019 r. po dwóch udanych pobraniach próbek i powrócił na Ziemię w grudniu 2020 r. Kapsuła ratunkowa Hayabusa2 ponownie weszła w ziemską atmosferę i wylądowała w Australii, zgodnie z planem, 5 grudnia 2020 r. Zawartość próbki zostanie dokładnie przeanalizowana, w tym zawartość wody, która dostarczy wskazówek na temat początkowego formowania się asteroidy. Główny moduł Hayabusa2 wykonuje procedurę swing-by, aby „pchnąć” go do następnego miejsca docelowego, asteroidy 1998KY26. Ze względu na podobieństwo i nakładające się ramy czasowe obu misji (OSIRIS-REx jest nadal w fazie powrotu), NASA i JAXA podpisały umowę o współpracy w zakresie wymiany próbek i badań. Oba zespoły odwiedziły się nawzajem: przedstawiciele JAXA odwiedzili Centrum Operacyjne OSIRIS-REx na Uniwersytecie Arizony, a członkowie zespołu OSIRIS-REx udali się do Japonii, aby spotkać się z zespołem Hayabusa2. Zespoły dzielą się oprogramowaniem, danymi i technikami analizy i ostatecznie wymieniają części próbek, które wracają na Ziemię.

OSIRIS-REx II

OSIRIS-REx II był koncepcją misji z 2012 roku mającą na celu odtworzenie oryginalnego statku kosmicznego do podwójnej misji, z drugim pojazdem zbierającym próbki z dwóch księżyców Marsa, Fobosa i Deimosa . Stwierdzono, że misja ta będzie zarówno najszybszym, jak i najtańszym sposobem na pobranie próbek z księżyców.

Galeria

Opowiadana wycieczka po najważniejszych cechach powierzchni Bennu, widzianych przez OSIRIS-REx
Widoki z OSIRIS REx
Układ Ziemia–Księżyc podczas próby inżynierskiej (styczeń 2018)
Pierwsze zdjęcia asteroidy Bennu (sierpień 2018).
Asteroida Bennu z odległości 330 km (210 mil) (29 października 2018)
Ziemia-Księżyc (na dole po lewej) i asteroida Bennu (na górze po prawej) (grudzień 2018)
Kapsuła Zwrotu Próbki (SRC) z asteroidą Bennu w tle (grudzień 2019)
Miejsce próbkowania „Słowik” przedstawione przed i po manewrze pobierania próbek.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki