Het ophalen van een asteroïdemonster is geen gemakkelijke taak. Geblinddoekt het werk doen is nog uitdagender. Daarom hebben wetenschappers het OSIRIS-REx-ruimtevaartuig uitgerust met een paar ogen om alles te zien ontvouwen.

NASA's oorsprong, Spectrale interpretatie, Bronidentificatie, Security-Regolith Explorer (OSIRIS-REx) gelanceerd op 8 september 2016, en reist naar een nabije aardse asteroïde die bekend staat als Bennu, een monster van oppervlaktemateriaal te oogsten, en breng het terug naar de aarde voor studie. Een drietal camera's legt alles vast.

De OSIRIS-REx Camera Suite, of OCAMS, bestaat uit drie camera's. PolyCam is een camera met hoge resolutie die de eerste beelden van Bennu zal vastleggen en een eerste mapping van de asteroïde zal uitvoeren. MapCam is een camera met gemiddelde resolutie die de asteroïde in kleur in kaart brengt en zoekt naar satellieten en stofpluimen. SamCam zal het bemonsteringsproces documenteren. Het ruimtevaartuig zal de door OCAMS vastgelegde beelden opslaan en om de paar dagen naar het OSIRIS-REx-team sturen.

Wetenschappers hebben de camerasuite ontworpen om functioneel redundant te zijn, wat betekent dat als een van de camera's uitvalt tijdens de missie, de andere twee camera's kunnen erin staan.

"Als je zo'n cruciale missie hebt, u wilt redundantie, zei Christian d'Aubigny, OCAMS plaatsvervangend instrumentwetenschapper aan de Universiteit van Arizona, Tucson. "De camera's hebben een zekere mate van overlap in hun mogelijkheden. Het zijn geen exacte kopieën van elkaar, maar als er een faalt, ze kunnen nog steeds de klus klaren."

De eerste camera die Bennu ziet, heet PolyCam. Net als een polymath - een mens die bedreven is in het doen van verschillende dingen - kan PolyCam een ​​breed scala aan optische taken uitvoeren.

PolyCam heeft een scherpstelmechanisme waarmee het kan scherpstellen van oneindig tot ongeveer 500 voet (0,15 kilometer), die PolyCam de mogelijkheid biedt om over te schakelen van het detecteren van sterren en asteroïden van veraf naar het oplossen van kleine steentjes op het oppervlak van de asteroïde.

PolyCam heeft een betere gezichtsscherpte, of scherpte van het gezichtsvermogen, dan een adelaar. Verschillende adelaarssoorten kunnen kleine objecten zoals prooien zien van wel 3 kilometer ver. Maar met zijn hoge resolutie, PolyCam kan beelden van objecten van vergelijkbare grootte op Bennu verkrijgen op een afstand van ongeveer 30 tot 60 mijl (48,2 tot 96,5 kilometer) om de vorm te bepalen en erachter te komen hoe de wetenschappers het ruimtevaartuig rond de asteroïde kunnen manoeuvreren.

Zodra PolyCam een ​​eerste afbeelding van de asteroïde heeft uitgevoerd, wetenschappers zullen de camera gebruiken om een ​​plek te identificeren waar het ruimtevaartuig een monster van Bennu's oppervlak kan verzamelen dat zo vrij mogelijk is van gevaren, zoals keien en dramatische hellingen.

"Nu al, op ongeveer 2 mijl (3,5 kilometer), we verdelen het oppervlak van de asteroïde in 'go' en 'no go' plaatsen, " zei Bashar Rizk, OCAMS-instrumentwetenschapper aan de Universiteit van Arizona. "Als een plaats is bedekt met gevaren, we gaan er gewoon niet heen omdat we het ruimtevaartuig niet willen beschadigen."

De tweede camera om een ​​glimp van Bennu op te vangen, heet MapCam. Deze camera heeft een breder gezichtsveld dan PolyCam en is uitgerust met een aantal kleurenfilters in het filterwiel om de wetenschappers te helpen locaties op de asteroïde te identificeren waar specifieke mineralen van belang aanwezig kunnen zijn, vooral degenen die ooit in contact zijn geweest met vloeibaar water.

MapCam gaat ook op zoek naar satellieten en stofpluimen, die een gevaar kunnen vormen voor het ruimtevaartuig. Er zijn een aantal vermoedelijke mechanismen voor pluimvorming, zoals sublimatie, waarbij een bevroren stof direct overgaat in een gas zonder eerst door de vloeibare fase te gaan, en elektromagnetische levitatie als gevolg van elektrische lading van zonnewind naarmate de asteroïde dichter bij de zon komt.

"Asteroïden worden blootgesteld aan veel zonnestraling omdat ze geen atmosfeer hebben, "Zei Rizk. "Ze worden gewoon genadeloos gemarteld door de zon elke keer dat ze er omheen gaan."

Door een gebrek aan water aan de oppervlakte, de wetenschappers voorspellen dat Bennu's regoliet - een laag los materiaal, inclusief stof, aarde en gebroken gesteente - is erg droog, vergelijkbaar met het oppervlak van de maan. Het oppervlaktemateriaal kan gemakkelijk aan dingen blijven kleven, het risico op besmetting van het OSIRIS-REx-ruimtevaartuig tijdens de bemonstering vergroten.

Stofvervuiling is van bijzonder belang voor de derde camera van het ruimtevaartuig:SamCam. Deze camera is een lage resolutie, groothoekcamera ontworpen om de asteroïde van dichtbij te bekijken om de bemonsteringsacquisitie te documenteren. Als het tijd is om een ​​monster op te halen, SamCam moet zijn functionaliteit maximaal drie pogingen kunnen behouden.

Om deze potentiële bedreiging te bestrijden, het team van de Universiteit van Arizona heeft SamCam voorzien van meerdere exemplaren van hetzelfde filter, die voor de camera-optiek worden geplaatst om als afdekking te dienen. De filters zorgen ervoor dat de camera stofvrij, onbelemmerd zicht op de bemonsteringsgebeurtenis voor het geval de bemonstering moet worden herhaald.

Het team moest ook rekening houden met straling van gammastralen en röntgenstralen bij het ontwerpen van OCAMS. Wetenschappers hebben de camera's ondergebracht in een harnas gemaakt van massief titanium en aluminium. Deze materialen kunnen de straling die OSIRIS-REx tijdens de missie tegenkomt blokkeren. De lenzen zijn gemaakt van materialen, zoals siliciumdioxide, die stralingsbestendig zijn, evenals een aantal andere glassoorten die zijn doordrenkt met cerium, die voorkomt dat het glas ondoorzichtig wordt bij blootstelling aan hoge stralingsniveaus.

"We probeerden alles te bedenken waaraan het ruimtevaartuig zou kunnen worden onderworpen en daar rekenschap van te geven, " zei Rizk. "Het is een meerstapsproces van simulaties, testen en ontwerpen om ervoor te zorgen dat de camera's goed werken en dat we de best mogelijke beelden krijgen."

Een samenwerkend team van ingenieurs en wetenschappers van het Lunar and Planetary Laboratory van de Universiteit van Arizona en het College of Optical Sciences en het Space Dynamics Laboratory van de Utah State University heeft vier en een half jaar besteed aan het ontwerpen en bouwen van OCAMS.

"Uiteindelijk, het OCAMS-team van de Universiteit van Arizona heeft uitstekend werk geleverd bij het ontwerpen, het bouwen en testen van de camerasuite, zei Brent Bos, OSIRIS-REx optica-disciplineleider bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

OSIRIS-REx' ogen zijn een cruciaal onderdeel van het ophalen van een asteroïde monster, waarmee wetenschappers kunnen onderzoeken hoe planeten zijn ontstaan ​​en hoe het leven begon, evenals het verbeteren van ons begrip van asteroïden die de aarde kunnen beïnvloeden.