Охота на птицу Бенну

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

Автоматический аппарат OSIRIS-REx стал первой попыткой Соединенных Штатов осуществить операцию по доставке на Землю астероидного вещества. Напомним, что две подобные миссии уже реализовала Япония. В первой из них, продолжавшейся с 2003 по 2010 год, участвовал зонд «Хаябуса», его целью был 600-метровый астероид Итокава (25143 Itokawa). Миссия усовершенствованного автоматического разведчика «Хаябуса-2» началась в 2014 году, а закончилась 5 декабря 2020 года, когда капсула с образцами астероида Рюгу (162173 Ryugu) совершила посадку на австралийском полигоне Вумера.

Космический аппарат OSIRIS-REx вблизи астероида Бенну (компьютерная симуляция). Видно механическую «руку» з пробоотборным устройством и большую коническую капсулу, куда загрузили отобранные образцы. Источник: Lockheed Martin

На данный момент OSIRIS-REx — единственная астероидная миссия, находящаяся в активной фазе. Она была организована в рамках программы New Frontiers и началась 8 сентября 2016 года, когда одноименный космический аппарат был запущен с космодрома на мысе Канаверал с помощью ракеты Atlas V. 22 сентября следующего года он вернулся к Земле, чтобы совершить гравитационный маневр в ее окрестностях, а в начале декабря 2018 года приблизился к своей главной цели — астероиду Бенну (101955 Bennu), названному в честь птицы из древнеегипетской мифологии, «близким родственником» которой является греческий Феникс.

Бенну принадлежит к потенциально опасным астероидам (вероятность его столкновения с Землей на интервале времени между 2175 и 2195 годами оценивается в 0,037%). Наземные наблюдения показали, что в его состав входит большое количество соединений углерода — считается, что на ранних этапах эволюции нашей планеты именно такие объекты, падая на поверхность, «загрязнили» ее органическими веществами, позже ставшими основой для возникновения жизни. Поэтому образцы небесного тела имеют для ученых большую ценность. Для осуществления операций взятия пробы OSIRIS-REx оборудован 3,5-метровым раскладным манипулятором TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism), на конце которого имеется своеобразный «пылесос наоборот» — устройство, с помощью струй газа «сметающее» небольшие фрагменты с астероидной поверхности в специальную «ловушку». Впоследствии ее загрузили в защищенную капсулу, предназначенную для возвращения на Землю — оно запланировано на 24 сентября 2023 года.

Астероид Бенну. Источник: NASA/Goddard/University of Arizona

Создавая космический аппарат, инженеры опирались на данные об астероиде Итокава: он имеет относительно ровную поверхность, покрытую довольно толстым слоем реголита — неплотного мелкодисперсного вещества, образующегося в ходе столкновений небольших небесных тел и частично остающегося на них, накапливаясь в течение миллиардов лет. Реальность оказалась совсем иной. Бенну продемонстрировал планетологам огромное количество твердых каменных обломков, размер двух сотен из которых превышает 10 м. Найти между ними плоскую «площадку», пригодную для выполнения операции взятия образцов, было неимоверно сложно.

Кроме того, препятствием стал и неожиданный характер поверхности Бенну. Она оказалась удивительно разнообразной: ее самые темные и самые светлые участки в несколько раз отличаются по своей способности отражать солнечный свет (в научных терминах — их альбедо составляет от 4 до 15%), что сильно дезориентировало навигационные системы OSIRIS-REx. Дополнительно ситуация осложнялась тем, что из астероида в космос иногда происходят выбросы твердых частиц, которые тоже могут мешать космическому аппарату. К счастью, эти частицы в основном имеют небольшой размер и относительную скорость, а максимальная их концентрация наблюдается вблизи экватора небесного тела.

Одна из фотографий астероида Бенну, сделанная в процессе приближения к нему аппарата OSIRIS-REx. Хорошо видно большое количество каменных обломков на поверхности. Источник: NASA/Goddard/ University of Arizona

Обо всем этом участники рабочей группы миссии узнали после изучения астероида с начальной рабочей орбиты радиусом 1,75 км, на которую космический аппарат вышел в конце 2018 года. Позже она была снижена примерно до 1,2 км (при том, что средний размер Бенну ненамного превышает 500 м) — сейчас это самая короткая орбита вокруг небесного тела, на которую когда-либо выходил автоматический разведчик. Но, поскольку масса Бенну сравнительно невелика, период обращения его спутника даже на такой короткой орбите превышает 30 часов. Интересно, что сам астероид вращается вокруг своей оси гораздо быстрее: сутки на нем длятся всего 4 часа 18 минут, причем это время медленно сокращается вследствие ускорения вращения под действием давления солнечного света. Это ускорение, известное как «эффект YORP», уже удалось измерить с хорошей точностью.

Перед учеными возникла задача как можно внимательнее изучить астероидную поверхность, отыскать на ней наиболее ровные участки и создать ее трехмерную модель, руководствуясь которой, OSIRIS-REx мог бы безопасно приблизиться к цели и выполнить все необходимые операции для отбора образцов вещества. Результатом стало обнаружение четырех локаций, каждая из которых получила неофициальное название в честь птицы: Nightingale (соловей), Kingfisher (зимородок), Osprey (скопа) и Sandpiper (кулик). Первые три расположены в северном полушарии Бенну, последнее — в южном. После всестороннего обсуждения сотрудники миссии отдали предпочтение первой и третьей «кандидатурам».

Детальное изучение избранных участков решили начать с локации Nightingale. Для этого 22 января 2020 года OSIRIS-REx включил свой бортовой двигатель, сошел с почти круговой орбиты и приблизился к поверхности астероида на расстояние 620 м. Во время максимального приближения было получено несколько сотен изображений в оптическом и инфракрасном диапазонах, на которых можно различить детали сантиметровых размеров, а также произведено сканирование поверхности с помощью лазерного альтиметра OLA (OSIRIS-REx Laser Altimeter). Операция продолжалась почти 11 часов, после чего космический аппарат снова вернулся на предыдущую 1,2-километровую орбиту.

Развертка поверхности астероида Бенну з приблизительным расположением участков, выбранных для осуществления операций отбора образцов астероидного вещества. Источник: NASA/Goddard/ University of Arizona

Разведка участка Osprey по схожей схеме состоялась 11 февраля. Разница заключалась в том, что он расположен ближе к экватору астероида, вдоль которого пролегает скалистый «хребет». Скорость точек поверхности по отношению к космическому аппарату в этих местах значительно больше, поэтому необходимо ограничивать экспозиции во время съемки.

В марте началась следующая фаза исследований, в процессе которой оба региона сфотографировали с расстояния почти 250 м. Пролет участка Nightingale состоялся 3 марта, Osprey — 26 мая. После этого сотрудники миссии сделали окончательный выбор в пользу первого из них. 11 августа аппарат сделал пробный «подход» к нему и приблизился к месту сбора образцов на 40 м, а затем отлетел от астероида на безопасное расстояние. Операцию непосредственного взятия проб запланировали на 25 августа, но инженеры группы сопровождения решили провести дополнительные проверки и перенесли ее на 20 октября.

Именно в этот день в 22:13 по всемирному времени состоялся успешный контакт пробоотборника с поверхностью. Количество отобранного вещества оказалось настолько большим, что оно «не поместилось» в контейнер, не давая ему закрыться. Чтобы избежать потерь собранных образцов, NASA отказалась от запланированной «раскрутки» аппарата, в ходе которой должна была быть уточнена масса взятой пробы. 27 октября она была успешно перенесена в посадочную капсулу и герметично запечатана.

7 апреля 2021 года OSIRIS-REx осуществил «прощальный пролет» Бенну, сделав несколько снимков места отбора образцов с близкого расстояния. 10 мая он сошел с орбиты вокруг астероида и взял курс на Землю.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine