Полювання на птаха Бенну

 https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2018/10/zaglushka-e1538748301621.png
Володимир Манько

Автоматичний апарат OSIRIS-REx став першою спробою Сполучених Штатів здійснити операцію з доправлення на Землю астероїдної речовини. Нагадаємо, що дві подібні місії вже реалізувала Японія. У першій з них, що тривала з 2003 по 2010 рік, брав участь зонд «Хаябуса», його метою став 600-метровий астероїд Ітокава (25143 Itokawa). Місія вдосконаленого автоматичного розвідника «Хаябуса-2» почалася 2014-го, а закінчилилася 5 грудня 2020 року, коли капсула зі зразками астероїда Рюгу (162173 Ryugu) здійснила посадку на австралійському полігоні Вумера.

Космічний апарат OSIRIS-REx поблизу астероїда Бенну (комп’ютерна симуляція). Видно механічну «руку» з пробовідбірним пристроєм і велику конічну капсулу, куди завантажать отримані зразки. Джерело: Lockheed Martin

На сьогодні OSIRIS-REx — єдина астероїдна місія, що перебуває в активній фазі. Вона була організована у межах програми New Frontiers і почалася 8 вересня 2016 року, коли однойменний космічний апарат був запущений з космодрому на мисі Канаверал з допомогою ракети Atlas V. 22 вересня наступного року він повернувся до Землі, щоб здійснити гравітаційний маневр у її околицях, а на початку грудня 2018-го наблизився до своєї головної цілі — астероїда Бенну (101955 Bennu), названого на честь птаха з давньоєгипетської міфології, «близьким родичем» якого є грецький Фенікс.

Бенну належить до потенційно небезпечних астероїдів (імовірність його зіткнення із Землею на інтервалі часу між 2175 і 2195 роками оцінюється у 0,037%). Наземні спостереження показали, що до його складу входить велика кількість сполук вуглецю — вважається, що на ранніх етапах еволюції нашої планети саме такі об’єкти, падаючи на поверхню, «забруднили» її органічними речовинами, які пізніше стали основою для виникнення життя. Саме тому зразки цього небесного тіла мають для науковців велику цінність. Для здійснення операцій взяття проби OSIRIS-REx обладнаний 3,5-метровим розкладним маніпулятором TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism), на кінці якого є своєрідний «пилосос навпаки» — пристрій, що за допомогою струменів газу «змітає» невеликі фрагменти з поверхні астероїда до спеціальної «пастки». Далі її завантажили до захищеної капсули, призначеної для повернення на Землю, що заплановане на 24 вересня 2023 року.

Астероїд Бенну. Джерело: NASA/Goddard/University of Arizona

Створюючи космічний апарат, інженери спиралися на дані про астероїд Ітокава: він має відносно рівну поверхню, вкриту досить товстим шаром реголіту — нещільної дрібнодисперсної речовини, що утворюється під час зіткнень невеликих небесних тіл і частково залишається на них, за мільярди років нагромаджуючись у потужні відкладення. Реальність виявилася геть іншою. Бенну продемонстрував планетологам величезну кількість твердих кам’яних уламків, розмір двох сотень із яких перевищує 10 м. Знайти між ними плаский «майданчик», придатний для виконання операції взяття зразків, було неймовірно важко.

Крім того, перешкодою став і неочікуваний характер поверхні Бенну. Вона виявилася на диво різноманітною: її найтемніші та найсвітліші ділянки у декілька разів відрізняються за своєю здатністю відбивати сонячне світло (у наукових термінах — їхнє альбедо складає від 4 до 15%), що сильно дезорієнтувало навігаційні системи OSIRIS-REx. Додатково ситуація ускладнювалася тим, що з астероїда в космос час від часу відбуваються викиди твердих частинок, які теж можуть перешкоджати космічному апарату. На щастя, ці частинки в основному мають невеликий розмір і відносну швидкість, а найбільша їхня концентрація спостерігається поблизу екватора небесного тіла.

Одна зі світлин астероїда Бенну, зроблена в процесі наближення до нього апарата OSIRIS-REx. Добре видно велику кількість кам’яних уламків на поверхні. Джерело: NASA/Goddard/ University of Arizona

Про все це учасники робочої групи місії дізналися під час вивчення астероїда з початкової робочої орбіти радіусом 1,75 км, на яку космічний апарат вийшов наприкінці 2018 року. Пізніше вона була знижена приблизно до 1,2 км (при тому, що середній розмір Бенну ненабагато перевищує 500 м) — нині це найкоротша орбіта навколо небесного тіла, на яку коли-небудь виходив автоматичний розвідник. Але, оскільки маса Бенну порівняно невелика, період обертання його супутника навіть на такій короткій орбіті перевищує 30 годин. Цікаво, що сам астероїд обертається навколо своєї осі набагато швидше: доба на ньому триває лише 4 години 18 хвилин, причому цей час повільно скорочується внаслідок прискорення обертання під дією тиску сонячного світла. Це прискорення, відоме як «ефект YORP»,1 вже вдалося виміряти доволі точно.

Перед ученими постало завдання якомога уважніше вивчити астероїдну поверхню, відшукати на ній найбільші рівні ділянки та створити її тривимірну модель, керуючись якою, OSIRIS-REx міг би безпечно наблизитися до цілі й виконати всі необхідні операції для відбору зразків речовини. Результатом стало визначення чотирьох локацій, кожна з яких отримала неофіційну назву на честь птаха: Nightingale (соловей), Kingfisher (рибалочка), Osprey (скопа) та Sandpiper (побережник). Перші три розташовані у північній півкулі Бенну, остання — у південній. Після всебічного обговорення співробітники місії надали перевагу першій та третій «кандидатурам».

Детальне вивчення обраних ділянок вирішили розпочати з локації Nightingale. Для цього 22 січня 2020 року OSIRIS-REx увімкнув свій бортовий двигун, зійшов з майже кругової орбіти та наблизився до поверхні астероїда на відстань 620 м. Під час максимального наближення було відзнято кілька сотень зображень в оптичному та інфрачервоному діапазонах, на яких можна розрізнити деталі сантиметрових розмірів, а також здійснено сканування поверхні з допомогою лазерного альтиметра OLA (OSIRIS-REx Laser Altimeter). Операція тривала майже 11 годин, після чого космічний апарат знову повернувся на попередню 1,2-кілометрову орбіту.

Розгортка поверхні астероїда Бенну з приблизним розташуванням ділянок, обраних для здійснення операцій відбору зразків астероїдної речовини NASA/Goddard/ University of Arizona

Розвідка ділянки Osprey за схожою схемою відбулася 11 лютого. Різниця полягала у тому, що вона розташована ближче до екватора астероїда, вздовж якого пролягає скелястий «хребет». Швидкість точок поверхні відносно космічного апарата у цих місцях значно більша, тому необхідно обмежувати експозиції під час знімання.

У березні розпочалася наступна фаза досліджень, у процесі якої обидва регіони сфотографували з відстані майже 250 м. Проліт ділянки Nightingale відбувся 3 березня, Osprey — 26 травня. Після цього співробітники місії зробили остаточний вибір на користь першої з ділянок. 11 серпня апарат зробив пробний «підхід» до неї й наблизився до місця збору зразків на 40 м, а далі відлетів від астероїда на безпечну відстань. Операцію безпосереднього взяття зразків запланували на 25 серпня, але інженери групи супроводу вирішили провести додаткові перевірки й перенесли її на 20 жовтня.

Саме в цей день о 22:13 за всесвітнім часом відбувся успішний контакт пробовідбірника з поверхнею. Кількість відібраної речовини виявилася настільки великою, що вона «не помістилася» в контейнер, не даваючи йому закритися. Щоб попередити втрати зібраних зразків, NASA відмовилася від попередньо запланованої «розкрутки» апарату, протягом якої мала бути уточнена їхня маса. 27 жовтня вони були успішно перенесені до посадкової капсули та герметично закриті.

7 квітня 2021 року OSIRIS-REx здійснив «прощальний проліт» Бенну, зробивши кілька знімків місця відбору зразків із близької відстані. 10 травня він зійшов з орбіти навколо астероїда й узяв курс на Землю.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine