На 8 сентября NASA запланировала старт космического аппарата OSIRIS-REx, который должен будет достигнуть одного из астероидов и доставить на Землю образцы его грунта.
К настоящему времени всего шесть автоматических космических аппаратов сумели привезти ученым пробы внеземного вещества. Первой в 1970 году стала межпланетная станция «Луна-16», возвращаемый аппарат которой вместил 101 грамм грунта из лунного моря Изобилия. Затем были «Луна-20» (1972) и «Луна-24» (1976). В 2004 году аппарат Genesis должен был доставить ученым образцы частиц солнечного ветра. При посадке не раскрылся парашют, и аппарат врезался в землю на огромной скорости, но все-таки некоторое количество образцов удалось добыть. В 2006 году успешно завершился проект Stardust, в ходе которого в руки исследователей попало около 30 частиц кометы Вильда 2. Наконец, в 2010 году японский аппарат «Хаябуса» сумел добыть грунт астероида Итокава. Еще до завершения миссии OSIRIS-REx к числу таких аппаратов должен прибавиться японский «Хаябуса 2», который вернутся на Землю в 2020 году.
Эмблема проекта OSIRIS-REx
Целью нынешней миссии снова стал астероид. Ученые надеются, что изучение астероидного грунта поможет установить, насколько возможно существование в космическом пространстве веществ, необходимых для возникновения жизни. В падающих на Землю метеоритах нередко встречаются фосфиды – бескислородные соединения фосфора. В присутствии воды фосфиды легко окисляются, переходя в фосфаты, в частности трифосфат – компонент важной для жизни молекулы АТФ. Более того, в некоторых метеоритных образцах были замечены даже уже трифосфаты, но ученые не уверены, не были ли эти образцы загрязнены земными веществами. Поэтому крайне важно получить для изучения образцы грунта с астероида, тщательно предусмотрев, как предотвратить попадание на них любых земных веществ.
В этом и состоит основная цель аппарата OSIRIS-REx. Его название – аббревиатура от Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer. Она была искусно подобрана, чтобы совпадать с именем египетского бога Осириса. С египетской мифологией связан и астероид номер 101955, выбранный для осуществления замысла. Он был открыт в 1995 году и получил название Бенну – по имени чудесной птицы, которая вырвалась из сердца Осириса. Астероид относится к группе аполлонов – околоземных астероидов, чьи орбиты пересекают орбиту Земли с внешней стороны. Его диаметр составляет всего около 510 метров, а вокруг Солнца он обращается за 1,2 года. Особая привлекательность астероида Бенну состоит не только в близком расстоянии до него, но еще и в том, что он относится к астероидам спектрального класса B. Их поверхность богата углеродом. Считается, что именно в астероидах класса B сохранилось вещество, из которого образовалась Солнечная система. По расчету NASA, OSIRIS-REx должен достичь Бенну в 2019 году, провести 505 дней на низкой орбите над ним, забрать пробу грунта при помощи специального манипулятора и вернуться на Землю к 2023 году.
Подготовка OSIRIS-REx в Космическом центре имени Кеннеди
Расстояние от аппарата до поверхности Бенну должно составить 240 метров. Облетая астероид, OSIRIS-REx сделает детальные снимки его поверхности, по которым ученые выберут наиболее подходящий участок для забора грунта. Для этой цели на аппарате будет установлено несколько приборов. OLA (OSIRIS-REx Laser Altimeter) представляет собой блок лазерных дальномеров, которые помогут построить профиль поверхности. Изучить предварительно состав грунта и построить карту температур должны три спектрометра. В видимом и ближнем инфракрасном диапазоне будет работать OVIRS, в дальнем инфракрасном – OTES, в рентгеновском – REXIS. Камеры PolyCam и MapCam будут снимать поверхность астероида в разных спектральных диапазонах. Карта всей поверхности астероида будет сделана с разрешением около двадцати метров, а области, которые будут рассматриваться как потенциальные участки забора проб, будут картографированы с разрешением от 0,8 до 2 метров.
Приборы OSIRIS-REx
Попутно аппарат сделает измерения, чтобы подробнее изучить эффект Ярковского – дополнительное ускорение, которое получает астероид из-за разницы в поглощении и отражении солнечного излучения поверхностью, которая нагревается днем и остывает ночью. Поскольку эффект сильно изменяется в зависимости от небольших различий в форме рельефа и отражательной способности поверхности, ученые хотят изучить его поближе. Полученные данные можно будет использовать для обратного моделирования орбит астероидов, чтобы установить, когда и как они возникли.
Когда орбитальный этап исследований будет выполнен, ученые планируют отобрать 12 участков – кандидатов на место забора пробы. Из них будет выбран окончательный вариант. Тут не обойдется без споров, так как часть работающих в проекте ученых заинтересованы в добыче образцов из глубины астероида, а другие исследователи предпочли бы ближе познакомиться с рыхлым грунтом с поверхности. Скорее всего, будет выбран участок на склоне кратера, где были бы доступны оба типа грунта.
Посадка не Бенну не входит в планы ученых. OSIRIS-REx будет снабжен особым устройством TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism), отдаленно напоминающим игровые автоматы, в которых человек, управляя манипулятором, должен достать игрушку. Выдвижной манипулятор снабжен вакуумной камерой. Всего на несколько секунд он будет прижат к поверхности Бенну, и в этот момент микровзрыв сжатого азота поднимет вверх измельченный грунт, который и захватит TAGSAM. Особая камера SamCam будет фиксировать весь процесс. Предполагается, что за один раз манипулятор будет добывать от 60 до 300 граммов образцов.
Процесс забора грунта
Разработчики проекта приложили особые усилия, чтобы защитить образцы от загрязнения земными веществами. Когда спускаемая капсула будет приземляться в пустыне штаты Юта, ее падение будет замедлять парашют, а от повреждения защитит теплозащитный экран. Конструкторы учли опыт проекта «Хаябуса», в котором одно из уплотнительных колец оказалось недостаточно герметичным, и теоретически внутрь капсулы с образцами могли проникнуть земные молекулы.
