Wanneer NASA's OSIRIS-REx-ruimtevaartuig op 20 oktober afdaalt naar het oppervlak van Bennu, het zal de eerste keer zijn dat een door de VS geleide missie probeert een monster van ongerept materiaal van een asteroïde op te pikken. Bennu is waarschijnlijk een buitenaardse accumulatie van de oorspronkelijke overblijfselen van de vorming van ons zonnestelsel.

De door de Universiteit van Arizona geleide missie om een ​​asteroïde op vele miljoenen kilometers van de aarde te bemonsteren, is allesbehalve een wandeling op het strand. Eigenlijk, Bennu "is lang niet het zandstrand dat we hadden gehoopt en verwachtten, " zei Thomas Zurbuchen, associate administrator voor het Science Mission Directorate bij NASA, tijdens een media-evenement van 24 september. Toen het ruimtevaartuig dichterbij kwam en de eerste gedetailleerde beelden van Bennu's oppervlak begon terug te sturen, het verraste het missieteam en het publiek door een rotsachtig oppervlak te onthullen dat bezaaid was met rotsblokken ter grootte van een huis.

Sinds de aankomst op 3 december, 2018, het OSIRIS-REx-ruimtevaartuig heeft zijn tijd doorgebracht met rond de asteroïde vliegen tijdens het scannen, fotograferen, het meten en bestuderen van het donker, rotsachtige puinhoop beneden - eerst van ver, dan van dichtbij. Met behulp van zijn laserhoogtemeterinstrument, of OLA, gecombineerd met de gegevens van afbeeldingen gemaakt met het PolyCam-instrument van het ruimtevaartuig, de missie heeft kaarten van ongekende details opgeleverd, beter dan die van enig planetair lichaam dat door ruimtevaartuigen wordt bezocht. De primaire monsterlocatie van de missie, die zich in een krater bevindt die Nightingale wordt genoemd, werd geselecteerd op basis van die kaarten.

"We hebben Nightingale gekozen omdat, verreweg, het heeft het meest fijnkorrelige materiaal van alle vier de kandidaat-locaties, " zei Dante Lauretta, de hoofdonderzoeker van de missie en een professor aan het UArizona Lunar and Planetary Laboratory, tijdens het persevenement. "We brachten begin 2020 door met verkenningsvluchten op lage hoogte over deze site, uiteindelijk beeldvorming met ongeveer een achtste van een inch per pixel. We hebben in feite ongelooflijk gedetailleerde beelden die de hele krater beslaan, en we telden al die rotsen."

Kort voor 11.00 uur Arizona-tijd op 20 oktober, stuwraketten op het ruimtevaartuig zullen OSIRIS-REx afvuren en zachtjes uit zijn baan rond Bennu duwen en het naar het ruige oppervlak sturen. Die verbranding zal een reeks gebeurtenissen in gang zetten die minutieus door het missieteam zijn gepland.

Wat gebeurt er als alles gaat zoals gepland? En als dat niet zo is?

Zodra het ruimtevaartuig op weg is naar zijn doel, het zal steunen op wat het missieteam een ​​"risicokaart" noemt - een gedetailleerde weergave van gebieden binnen de monsterlocatie die een risico kunnen vormen voor het ruimtevaartuig vanwege de aanwezigheid van grote rotsen of oneffen terrein.

Vlak voordat u het oppervlak aanraakt, het ruimtevaartuig vergelijkt beelden van een van zijn camera's met de gevarenkaart die is opgeslagen in het geheugen van het ruimtevaartuig. Als het daalpad ertoe zou leiden dat het ruimtevaartuig op een potentieel onveilige plek zou landen, het systeem zou het ruimtevaartuig automatisch activeren om achteruit te gaan, een scenario met een kans van minder dan 6% op basis van simulaties.

Als alles goed gaat, het ruimtevaartuig zal zijn Touch-and-Go-monsterverwervingsmechanisme uitbreiden, of TAGSAM, die is opgehangen aan het uiteinde van een 11 voet lange arm. Doet denken aan een luchtfilter dat in een oudere auto wordt gebruikt, het is ontworpen om fijnkorrelig materiaal te verzamelen, maar is in staat om materiaal tot ongeveer driekwart inch op te nemen.

Het monster wordt verzameld tijdens een "touch-and-go" -manoeuvre, of TAG, waarbij de monsterkop ongeveer 10 seconden contact maakt met het oppervlak van Bennu. Als het ruimtevaartuig contact detecteert, het zal een van de drie stikstofgasflessen afvuren, en net als een omgekeerde stofzuiger, roer oppervlaktemateriaal - regolith genaamd - in de monsterkop op, voordat het ruimtevaartuig achteruit gaat.

Als back-up, de bemonsteringskop is voorzien van een reeks kleine schijven die zijn ontworpen om stof op te nemen, zoals plakkerige pads, voor het geval er iets mis zou gaan met het gasaangedreven bemonsteringsproces.

Het team zal beelden onderzoeken die zijn gemaakt met de bemonsteringscamera van het ruimtevaartuig, of SamCam, van de monsterkop wanneer deze contact maakt met het oppervlak. SamCam is een van de drie camera's aan boord van het ruimtevaartuig dat in UArizona is gebouwd.

"We zullen kunnen zien of we gekanteld waren, als het gas naar de zijkant uitblies, als het materiaal voldoende werd opgeroerd, Lauretta zei. "We zullen ook een zeer goede indicatie hebben van de exacte locatie in Nightingale waar we contact hebben gemaakt en we kunnen dat vergelijken met onze bemonsteringskaart, om te beoordelen of we zijn geland in een gebied waar veel bemonsterbaar materiaal is of op een van de meer rotsachtige locaties."

SamCam kan ook foto's maken van de bemonsteringskop nadat het ruimtevaartuig de Nightingale-krater heeft verlaten en zich op veilige afstand van de asteroïde bevindt. Doordat de monsternamekop op een polsgewricht is gemonteerd, het team zal het in verschillende oriëntaties ten opzichte van de zon en de bemonsteringscamera kunnen onderzoeken. Het team zal ook stof of materiaal op elk ander gebied van de TAGSAM zien, op de arm of op de deken over de gasflessen, Lauretta legde het uit.

"Dit zal ons vertellen of we genoeg materiaal hebben verplaatst toen we contact maakten, en misschien, heel misschien, we zullen enkele deeltjes in het binnenste van TAGSAM kunnen zien, of de deeltjes zich op de juiste plaats in het hoofd bevinden en of we de juiste verlichtingsomstandigheden krijgen."

Na TAG, het team zal dan een week besteden om te beoordelen hoeveel monster er is verzameld. Het zal verschillende methoden gebruiken om de hoeveelheid monster te schatten, te beginnen met het afbeelden van de monsterafnamekop voor visuele inspectie. Het team zal ook controles uitvoeren op het ruimtevaartuig en de instrumenten om te verifiëren dat dit niet heeft geleid tot degradatie van een van beide.

Een pirouette in de ruimte

Volgende, het ruimtevaartuig is voorbereid om een ​​manoeuvre uit te voeren die is ontworpen om de wetenschappers op de grond een schatting te geven van hoeveel monster is verzameld. Met zijn bemonsteringsarm uitgestrekt, het zal langzaam rond een as draaien die loodrecht op TAGSAM staat om de verandering in massa te meten die aan het verzamelde monster kan worden toegeschreven in vergelijking met een eerdere meting die is uitgevoerd met de monsterkop leeg.

Vanwege de onzekerheid in de techniek, het resultaat van de meting moet de vereiste monstermassa overschrijden om een ​​hoog vertrouwen te hebben dat een adequaat monster aanwezig is.

"We zoeken naar een kans van 90% dat we 60 gram of meer hebben, ' zei Lauretta. 'Alles daaronder, we zullen gesprekken voeren met NASA om de status van het ruimtevaartuig te beoordelen, zijn vermogen om voor een tweede TAG in te gaan, en om te beslissen of we willen terugkeren met wat we hebben of voor een tweede TAG-poging gaan."

Het ruimtevaartuig kan meerdere bemonsteringspogingen doen, omdat hij is uitgerust met drie flessen stikstofgas. Bijvoorbeeld, als het op een veilige locatie zou landen, maar er niet in slaagde een goed monster te vinden, het team heeft noodmaatregelen ontwikkeld om ervoor te zorgen dat de missie nog steeds voldoet aan haar primaire wetenschappelijke doelstelling:minimaal 60 gram (iets minder dan 2 ounce) oppervlaktemateriaal verzamelen en terugbrengen naar de aarde.

"Als de beslissing is genomen, moeten we weer naar binnen, we moeten het ruimtevaartuig weer in een baan om de aarde krijgen en een reeks brandwonden uitvoeren om zijn positie in een baan om de aarde te brengen voor de volgende tag-poging, " zei Mike Moreau, plaatsvervangend projectmanager bij NASA's Goddard Space Flight Center in Maryland.

Terwijl Nightingale werd geïdentificeerd als de beste plaats om een ​​monster van heel Bennu te krijgen, het biedt nog steeds veel uitdagingen, zei Laurent.

"Verreweg, de meest waarschijnlijke uitkomst die we op 20 oktober zullen hebben, is dat we contact zullen opnemen met het oppervlak en dat we met een grote steekproef zijn weggekomen die onze vereisten overtreft. Maar Bennu heeft ons al een aantal curve balls gegooid, daarom zijn we volledig voorbereid om te taggen bij Osprey (de back-upsite) als dat nodig is, " hij zei.

Zodra de beslissing is genomen om het monster op te bergen, het team gaat verder met het plaatsen van de kop in de monsterretourcapsule en verzegelt deze voor terugkeer naar de aarde in 2023. En als die tijd daar is, de kans is groot dat het zelfs meer terugbrengt dan het minimum van 60 gram, aangezien TAGSAM is ontworpen om minimaal 150 gram te vangen, en onder optimale omstandigheden tot 4 pond - genoeg om generaties onderzoekers bezig te houden in laboratoria op aarde.