Включить тёмную тему

Соловей, зимородок, скопа и кулик: как дела у миссии OSIRIS-REx?

Прошёл год с того дня, как космический аппарат NASA с длинным названием Origins, Scientific Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer (сокращённо — OSIRIS-REx) сделал снимок околоземного астероида Бенну, находясь от цели своего почти двухлетнего путешествия на расстоянии 2 миллиона километров. С тех пор команда миссии проделала большую работу по исследованию небесного тела и подготовке операции по сбору его материала — поверхность Бенну оказалась усеянной разного размера камнями, и это усложнило поиск подходящего аппарату места. И вот, 12 августа 2019 года, учёные из университета Аризоны радостно сообщили: выбраны четыре области, наиболее удобные для сбора образцов, и теперь команда миссии сконцентрируется на более детальном изучении каждой из этих областей. Прежде чем познакомиться с ними поближе, давайте проследим путь OSIRIS-REx с августа 2018 года по настоящее время.

(101955) Бенну, 17 августа 2018 года.

Итак, спустя 708 дней полёта и один гравитационный манёвр у Земли, 17 августа 2018 года началась фаза сближения КА с астероидом. В течение полутора месяцев расстояние между аппаратом и Бенну сократилось с 2 миллионов до около 200 тысяч километров. 1 октября маршевый двигатель аппарата снизил относительную скорость сближения с Бенну с 1800 до 520 км/ч, а через две недели — и до 19 км/ч. Всё это время бортовые камеры аппарата PolyCam и MapCam изучали пылевой шлейф Бенну, исследовали альбедо его поверхности и пытались найти его естественные спутники. Также было развёрнуто устройство для сбора образцов грунта TAGSAM (Touch-and-Go-Sample-Acquisition-Mechanism), выдвижная рука с цилиндрическим сборщиком на конце. В течение ноября скорость сближения упала до 20 сантиметров в секунду (это примерно вторая космическая скорость для Бенну), в работу включились спектрометры аппарата OVIRS (OSIRIS-REx Visible and IR Specrtometer — используется для составления карты распределения неорганических и органических веществ по поверхности астероида) и OTES (OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer) — позволяет точнее охарактеризовать минеральный состав поверхности), а данные с камеры PolyСam позволили составить первичную 3D-модель астероида.

Рендер научного арсенала OSIRIS-REx.

3 декабря OSIRIS-REx оказался в 19-ти километрах от Бенну; наступила фаза первичного исследования. Аппарат пролетел над полюсами астероида и его экватором, сблизившись на минимальное расстояние в 7 километров. На данном этапе команда миссии использовала не только камеры и спектрометры, но и лазерный высотомер OLA (OSIRIS-REx Laser Altimeter). Данные, полученные в ходе первичного осмотра, позволили учёным уточнить форму астероида, ввести его систему координат, оценить его массу, характеристики вращения и влияние на движение астероида эффекта Ярковского (возникающего из-за давления солнечного света).

Схематичное отображение движения КА во время фазы первичного осмотра — внизу есть понятная 3D-схема облёта.

Под прошлый Новый год, 31 декабря 2018 года, началась орбитальная фаза «А» миссии. OSIRIS-REx вышел на эллиптическую орбиту вокруг Бенну с перицентром около 1,8 километров, апоцентром около 2,3 километров, орбитальной скоростью в 5 см/с и периодом обращения 61,4 часа. Этот этап был по большей части служебным — за два месяца команда, отвечавшая за динамику полёта КА, переключилась с системы навигации по звёздам на систему навигации по объектам на поверхности Бенну, что позволило управлять положением аппарата намного точнее.

28 февраля 2019 года началась фаза детального исследования Бенну. Именно в ходе этой фазы команда миссии получила в распоряжение детальные снимки поверхности астероида, которые затем использовались для выбора места забора грунта. OSIRIS-REx совершил серию сначала экваториальных, а затем полярных облётов Бенну, во время которых во всю использовал свой научный инструментарий. Данные с камеры и лазерного дальномера позволили создать подробную топографическую карту астероида и выделить на ней опасные для сбора образцов участки. Спектрометры OVIRS и OTIS, в течение фазы исследовавшие химический и минералогический состав реголита, а также выделение астероидом тепла, помогли учёным составить карту научной ценности реголита с различных участков поверхности. Также на этом этапе миссии был задействован инструмент REXIS (Regoligth X-ray Imaging Spectrometer — рентгеновский спектрометр, созданный студентами MIT и Гарвардского университета), который предоставил данные об частицах, излучаемых реголитом, и о взаимодействии реголита с солнечным ветром.

А теперь кое-что об орнитологии малых миров Солнечной Системы.

Детальный обзор Бенну завершился с началом орбитальной фазы «В», которая действует на момент написания этой статьи. OSIRIS-REx находится на низкой круговой орбите высотой около 750 метров и ждёт указаний с Земли, а учёные из университета Аризоны прорабатывают план ещё более детального исследования четырёх участков поверхности Бенну, признанных наиболее удачными для проведения операции по сбору материала астероида. Каждый такой участок представляет собой прямоугольную зону со сторонами около 20 метров каждая (точные размеры зависит от угла съёмки зоны аппаратом). Эти зоны имеют свои названия: команда OSIRIS-REx приняла решение присваивать географическим объектам на поверхности Бенну имена в честь птиц, которые упоминаются в древнеегипетской мифологии (потому что птица Бенну считалась душой бога Солнца Ра).

Давайте поговорим о каждом из этих участков отдельно.

1) Зона «Nightingale» — «Соловей»

Находится в небольшом кратере, который, в свою очередь, находится внутри большего кратера (радиуса около 70 метров) у северного полюса Бенну. В «Соловье» есть несколько подходящих по критериям безопасности и научной отдачи мест для забора реголита, материал поверхности там мелкозернистый, тёмный, с самым низким альбедо и температурой среди всех четырёх зон. Реголит зоны неоднородный, его крупицы сильно различаются по цвету, что говорит о большом геологическом разнообразии вещества астероида в этом месте.

2) Зона «Kingfisher» — «Зимородок»

Расположена в экваториальной зоне Бенну, в кратере радиуса 4 метра. Окружённый камнями «Зимородок» не имеет внутри больших препятствий, а учитывая его экваториальное расположение, можно предположить, его реголит содержит материал и из северного, и из южного полушария астероида. Эта зона также интересна тем, что кратер, внутри которого она находится, небольшой, а такие кратеры могут быть относительно молодыми по сравнению с кратерами большего размера. Реголит в таких кратерах не успел измениться под воздействием солнечного ветра, а значит, он больше похож на вещество, из которого сформировался Бенну. Спектрометрический анализ также показал, что в реголите «Зимородка» содержится больше гидратов, чем в трёх других зонах, что указывает на возможное наличие в нём соединений воды или углерода.

3) Зона «Osprey» — «Скопа»

Находится в кратере десятиметрового радиуса рядом с экватором Бенну. Образец грунта предполагается взять или к западу, или к востоку от центра кратера. Так же, как и «Зимородок», эта зона может содержать материал с обоих полушарий Бенну. Наличие камней разного типа вокруг зоны и сильное цветовое разнообразие частиц реголита (как в «Соловье») так же указывают, что реголит «Скопы» может иметь неоднородный состав. Здесь сильнее, чем в трёх других зонах, проявляются признаки наличия углеродных соединений. Альбедо «Скопы» — на втором месте среди четырёх выбранных зон, однако темное пятно в центре кратера представляет для команды миссии немалый научный интерес.

4) Зона «Sandpiper» — «Кулик»

Расположена в южном полушарии, на склоне широкого (радиус — 31,5 метров) кратера. Область «Кулика» — относительно ровная, но окружёна она крутыми (по меркам Бенну) скатами и крупными валунами, рассыпанными по близлежащей территории. По соседству с этим участком есть два небольших молодых кратера, вещество которых могло попасть в пределы зоны. Как и у «Зимородка», в составе реголита «Кулика» содержатся гидраты.

Вся стая в сборе.

Теперь аппарат будет детально снимать все четыре области, составлять карту прилежащей к ним местности для более точной навигации и оценивать sampleability — условия для сбора реголита — на каждом участке. Если всё пройдет без сюрпризов (а суровые условия на поверхности Бенну стали неожиданностью для учёных), к декабрю этого года, после завершения орбитальной фазы «С», в ходе которой учёные проведут дополнительные исследования частиц, излучаемых Бенну, вблизи его поверхности (на высоте около 1,3 км), будут выбраны основная и резервная зоны для сбора реголита. Эти зоны будут изучены ещё более детально (в ходе фазы разведки будет проведена съемка этих участков с разрешением чуть меньшим, чем 2 сантиметра), чтобы команда миссии могла в любую минуту разработать план Б для сбора грунта в резервной зоне, если с основной зоной возникнут трудности.

Ради чего всё это затевалось.

Самой операции по сбору грунта будут предшествовать две репетиции. В ходе первой OSIRIS-REx потренируется сходить со своей орбиты, перемещаться к контрольной точке над зоной сбора (высота — 125 метров) и возвращаться на орбиту. Во время второй репетиции аппарат опустится ещё ниже и пролетит над своей целью, почти касаясь поверхности Бенну. Команда миссии изучит полученные во время тренировок снимки с камер на аппарате и сборщике TAGSAM и использует данные лидара, чтобы убедиться в точной настройке бортовых систем ориентации и навигации.

Так выглядит головка сборщика — грунт должен попасть в отсек между внешней стенкой и внутренним ободком.

Манёвр TAG (Touch-and-Go) станет звёздным часом OSIRIS-REx. Аппарат спустится к поверхности астероида на очень маленькой скорости и коснётся её своим сборщиком TAGSAM. Реголит попадёт в сборщик благодаря сжатому азоту, который будет выпущен в момент касания и сдует реголит с поверхности прямо внутрь TAGSAM. Спустя пять секунд аппарат оторвётся от Бенну, поднимется на небольшое расстояние и начнёт вращаться, чтобы измерить массу взятого на борт реголита за счёт изменения в периоде вращения до и после взятия образца (предполагается получить от 60 грамм до 2 килограмм реголита). Всего у OSIRIS-REx есть три канистры со сжатым азотом, которые можно использовать, если первая (и даже вторая) попытка обернётся неудачей. При получении подтверждения об успешном выполнении операции TAG головка сборщика с реголитом внутри будет перемещена в возвращаемую капсулу. Инструмент TAGSAM будет свёрнут, а аппарат удалится от Бенну на безопасное расстояние, где будет ждать марта 2021 года, когда ему придётся попрощаться со своим космическим другом.

Как жаль, что не удалось вставить сюда гифку с механизмом работы TAGSAM. Ну ничего, её всегда можно найти на сайте миссии.

Обратный путь займет у аппарата чуть больше двух лет; гравитационных манёвров он совершать не будет. Согласно плану, OSIRIS-REx должен оказаться у Земли в конце сентября 2023 года. Он сбросит возвращаемую капсулу в сторону Земли и выполнит манёвр уклонения, чтобы выйти на орбиту вокруг Солнца, где и останется навсегда. Капсула переживёт вхождение в атмосферу; на высоте 33 километра раскроется её тормозной парашют, а на высоте 3 километра — основной. Капсула приземлится на территории испытательного полигона армии США в пустыне, на западе штата Юта. Её откроют, извлекут грунт и доставят его для исследований в университет Аризоны. Учёные изучат химический состав полученного образца; особое внимание будет уделено поиску аминокислот и сахарозы — биомаркеров жизни. 75% массы грунта будет храниться в космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне на случай проведения исследований вне рамок этой миссии.

Так закончится семилетняя одиссея OSIRIS-REx, третьей по счёту миссии NASA в рамках программы «New Frontiers» и первой миссии агентства по сбору образцов грунта с поверхности астероида. Если вы хотите узнать больше об OSIRIS-REx, посетите сайт asteroidmission.org, где вы найдёте крутую визуализацию миссии, море фотографий самого астероида, описание научного инструментария аппарата и подробный план фаз исследования Бенну.

В заключение ловите открытку ко Дню Святого Валентина. Да, они тоже есть на сайте миссии, и их много.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

20
Войдите, чтобы читать и оставлять комментарии.
Павел Поцелуев
Администратор

Евгений, огромное спасибо за материал. И простите за ошибку в редакторе, я постараюсь исправить её как можно быстрее. Если такая проблема возникнет ещё раз, просто напишите мне в Telegram (https://t.me/paulpotseluev), я хотя бы вручную уберу все лишние буквы.

Отличный текст, которым мы с радостью поделимся в новом дайджесте.

Показать скрытые комментарии

[скрыть] Последние комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.