Una navicella spaziale della NASA sta per raccogliere alcune macerie di asteroidi

Un'illustrazione di come potrebbe apparire la manovra OSIRIS-REx TAGSAM mentre il veicolo spaziale scende a Bennu per raccogliere un campione. NASA/Goddard/Università dell'Arizona

Da dicembre 2018, la navicella spaziale OSIRIS-REx è in orbita attorno all'asteroide Bennu e cerca di saperne di più sulla sua chimica e geologia. E per una buona ragione: Bennu è una capsula del tempo, afferma Thomas Zurbuchen, capo della direzione della missione scientifica della NASA. È stato là fuori per 4,5 miliardi di anni e porta con sé la storia di quell'ambiente.

Se studiamo in dettaglio Bennu, lungo 1.640 metri, e altri asteroidi simili, possiamo potenzialmente svelare come gli ingredienti che portano alla formazione di pianeti come la Terra e, infine, la vita, si uniscono. Ora arriva la parte difficile: ottenere un campione.

OSIRIS-REx ha già dato i suoi frutti in una certa misura. In meno di due anni abbiamo confermato che Bennu è ricco di sostanze organiche e minerali idratati. Probabilmente l'abbiamo imparato una volta aveva enormi fiumi d'acqua che scorrevano attraverso i suoi interni . Abbiamo visto che è un asteroide attivo: perde massa attraverso l'espulsione di detriti . Abbiamo anche imparato, contrariamente alle nostre convinzioni iniziali, che la superficie dell'asteroide non è incrostata di granelli fini come una spiaggia sabbiosa, ma piuttosto ricoperta di massi. È ruvido, roccioso e robusto.

Ma tutte queste rivelazioni impallidiscono in confronto a ciò che potremmo imparare se fossimo in grado di ottenere alcuni campioni di Bennu qui per gli scienziati da studiare in laboratorio. Questo è esattamente l'obiettivo del 20 ottobre, quando OSIRIS-REx si tufferà verso la superficie dell'asteroide e tenterà di raccogliere alcune macerie e polvere dalla superficie. Sarà una delle cose più difficili che la NASA abbia mai tentato, che si svolgerà in 4,5 ore a più di 200 milioni di miglia di distanza dalla Terra. Quindi deve riportare il campione in sicurezza nel corso dei prossimi tre anni.

I risultati dei campioni di asteroidi potrebbero già suonarti familiari: la missione giapponese Hayabusa 2 ha raccolto del materiale dall'asteroide Ryugu e lo riporterà a dicembre. Ma a differenza di Hayabusa 2, che utilizzava proiettili spaziali ad alta velocità per recuperare questi campioni , OSIRIS-REx utilizzerà quello che potrebbe essere descritto come un aspirapolvere a rovescio.

Si chiama TAGSAM, abbreviazione di meccanismo di acquisizione del campione touch-and-go. È un braccio lungo 11 piedi con una testa di raccolta montata all'estremità. Quando la testa si avvicina all'asteroide, spara azoto sulla superficie nel tentativo di sollevare materiale verso la testa di raccolta, idealmente qualsiasi particella di due centimetri o più piccola. Secondo Olivia Billett, responsabile scientifico della missione alla Lockheed Martin, è un concetto completamente nuovo per la raccolta di campioni extraterrestri. La testa TAGSAM è stata progettata da un ingegnere Lockheed Martin nel suo garage, lavorando solo con una bomboletta di aria compressa e un bicchiere di plastica, dice.

Il campionatore è stato inizialmente progettato per una spiaggia spaziale sabbiosa con un'area di 165 piedi. Come ora sappiamo, su Bennu non esiste nulla del genere. Quindi, invece, il team si è ora stabilito su Nightingale, un sito di 52 piedi di diametro situato all'interno di un cratere che si pensa sia ben conservato. Ci sono massi delle dimensioni di edifici che circondano il sito e molte altre grandi rocce che potrebbero interrompere la raccolta del campione o distruggere completamente il braccio TAGSAM. Ma offre comunque la migliore opportunità per una raccolta sicura di materiale significativo.

Sono state inoltre sviluppate un paio di nuove funzionalità per cercare di mantenere la sonda al sicuro durante la procedura. Uno era eliminare un sistema di navigazione e guida impreciso basato su lidar a favore di tracciamento delle caratteristiche naturali (NFT), in cui una telecamera ottica acquisisce continuamente immagini della superficie durante la procedura TAGSAM di 4,5 ore e le elabora per aggiornare la stima della traiettoria del veicolo spaziale. Secondo Billett, questa è la prima volta che NFT viene utilizzato come parte di una missione spaziale. Poiché le comunicazioni tra la Terra e OSIRIS-REx impiegano più di 18 minuti, il controllo autonomo sarà fondamentale per regolare le manovre al volo.

Ecco come funzionerà la raccolta di campioni:

In preparazione

Il team di OSIRIS-REx ha trascorso settimane a inserire tutti i comandi appropriati per manovrare scrupolosamente il veicolo spaziale in modo che entro il 20 ottobre sia esattamente nel posto giusto per iniziare il processo di raccolta dei campioni.

2.500 piedi sopra la superficie: 4,5 ore dall'atterraggio

Il veicolo spaziale inizia una manovra per lasciare l'orbita e transitare verso Nightingale. Poco dopo aver lasciato l'orbita, il braccio TAGSAM viene dispiegato, il veicolo spaziale ruota nell'orientamento corretto e la telecamera di navigazione che abilita il sistema NFT viene reindirizzata verso la superficie di Bennu. Da qui, l'NFT lavorerà per determinare costantemente la posizione di OSIRIS-REx e garantirne la sicurezza rispetto a una mappa dei pericoli in superficie.

410 piedi: 20 minuti dall'atterraggio

I pannelli solari del veicolo spaziale sono piegati in una posizione dell'ala Y. OSIRIS-REx attiva i suoi propulsori per eseguire un'accensione al checkpoint, il che assicura che il veicolo spaziale si stia dirigendo verso Nightingale.

177 piedi: 10 minuti dall'atterraggio

I propulsori sparano di nuovo per l'ustione del matchpoint in modo che corrisponda alla velocità del veicolo spaziale con la rotazione dell'asteroide. Questo imposta il contatto e la velocità precisi per l'atterraggio e il veicolo spaziale è essenzialmente in caduta libera verso la superficie.

16 piedi

Questo è il benchmark finale prima che avvenga la raccolta effettiva del campione. Se l'NFT pensa che il braccio TAGSAM stia scendendo su qualcosa di pericoloso segnalato dalla mappa dei pericoli, eseguirà automaticamente un'interruzione di combustione che sposta il veicolo spaziale su e lontano dalla superficie. Billett dice che c'è circa il 5,8% di possibilità che ciò possa accadere. Altrimenti, continua a scendere.

Atterraggio

TAGSAM effettuerà un contatto breve e molto delicato con la superficie per 5-10 secondi. Durante questo periodo, la bombola del gas di azoto si accende e inizia la raccolta dei campioni. Una volta terminato, i propulsori si accenderanno di nuovo e il veicolo spaziale si dirigerà a una distanza di sicurezza dall'asteroide.

Un'animazione del campionario di TAGSAM nell'ambiente a bassa gravità di Bennu.

In seguito

L'obiettivo è che la testa TAGSAM raccolga almeno 60 grammi di materiale (sebbene possa potenzialmente acquisire fino a due chilogrammi). Il team eseguirà una serie di esperimenti nella prossima settimana circa per verificare se ciò è stato raggiunto. Inizierà con l'evidenza visiva della testa del TAGSAM da una delle telecamere di bordo. Quindi il team misurerà la massa del campione all'interno della testa del TAGSAM. Non puoi davvero pesare le cose nel campo di microgravità di Bennu (un milionesimo della gravità sulla superficie terrestre), quindi questo si concentrerà sull'osservazione della rotazione del veicolo spaziale (che dovrebbe cambiare con la massa aggiunta). Se il team ritiene che sia stato raccolto un campione sufficiente, verrà riposto nella capsula di restituzione del campione.

Ma in realtà c'è una probabilità del 30% che OSIRIS-REx non riesca a raccogliere abbastanza materiale. TAGSAM ha altre due bombole di azoto per altri due tentativi di raccolta. Poiché Nightingale sarà già stato disturbato dal primo touchdown, molto probabilmente si verificherà un secondo tentativo a gennaio in un sito chiamato Osprey. Ciò significa che potremmo potenzialmente ottenere campioni da due diversi siti su Bennu e spetterebbe ai ricercatori sulla Terra districare tutto e capire cosa ha avuto origine da dove.

Potrebbe sembrare una seccatura, ma sarebbe un piccolo prezzo da pagare per ottenere delle macerie da una roccia a 200 milioni di miglia di distanza. In ogni caso, OSIRIS-REx dovrebbe lasciare Bennu più tardi nel 2021 e consegnare i campioni raccolti a casa il 24 settembre 2023.

Correzione 14/10: la versione iniziale della storia affermava che NFT era stato sviluppato dalla Lockheed Martin per l'esercito americano. NFT è stato sviluppato come parte della ricerca e sviluppo interni dell'azienda, non per l'esercito americano.

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