스페이스 클럽 4년 의 여정 끝에 NASA 우주선은 소행성을 만질 준비를 마쳤습니다.

[스페이스클럽]

편집자 주: 사건의 확인이 지구에 도착하면 모든 시간은 "지구 수신 시간"입니다. 이벤트는 우주선에 실시간으로 18 분 이상 일찍 발생합니다.

소행성 베누에 접근하는 OSIRIS-REx 우주선의 예술가의 개념. 신용: NASA/고다드/애리조나 대학교

지구에서 2억 마일 이상 떨어진 오토파일럿을 타고 비행하는 NASA의 OSIRIS-REx 우주선은 대담한 터치를 위해 궤도에 올라가 화요일에 소행성에 착륙하여 태양계의 역사에 대한 단서를 찾기 위해 표본을 스캔하려는 과학자들에게 돌아오는 샘플을 잡으려고 합니다.

OSIRIS-REx 우주선에서 확장된 팔이 소행성 베누의 무덤 표면에 접촉하고, 고압 질소 가스의 통을 방출하고, 소행성의 탄소가 풍부한 토양의 일부를 캡처하려고 할 때, 10 억 달러의 임무의 성공은 화요일 오후 6시 12분 EDT (2212 GMT)에서 몇 초로 내려올 것입니다.

NASA의 우주선을 건설하고 운영하는 록히드 마틴의 OSIRIS-REx 임무 운영 프로그램 매니저인 베스 벅(Beth Buck)은 "중력이 낮기 때문에 실제로 베누 표면에 착륙할 수 없다"고 말했다. "그래서 우리는 짧은 터치로 표면에 키스하고 단 몇 초 만에 측정 갈 것입니다."

로봇 임무가 작동하면 로봇 임무는 내년에 Bennu를 출발하여 지구로 돌아갈 것이며, OSIRIS-REx는 2023년 Sept. 24에 유타의 외딴 미군 시험 장으로 대기와 낙하산으로 뛰어들기 위해 재진입 모듈을 배치할 것입니다.

기원, 스펙트럼 해석, 자원 식별, 보안, Regolith 탐색기는 NASA의 소행성에 대한 첫 번째 왕복 임무입니다. 우주국은 2011년에 개발 임무를 선택했고, OSIRIS-REx는 2016년 8일, 케이프 커내버럴에서 유나이티드 발사 얼라이언스 아틀라스 5 로켓을 타고 성공적으로 발사하여 지구를 떠났습니다.

2017년 9월, 중력으로 인해 1.2년마다 태양의 한 회로를 완성하는 베누 궤도를 구부리기 위해 지구가 휘둘렀다. OSIRIS-REx는 2018년 12월 베누에 도착하여 소행성 주변 궤도에 진입하여 소행성을 카메라, 광물 스니핑 분광기, 캐나다가 제작한 레이저로 매핑하는 거의 2년 간의 캠페인을 시작했습니다.

OSIRIS-REx는 또한 적절한 샘플링 위치를 검색하고 터치 및 착륙을 위한 절차를 연습했습니다.

이는 베누 화요일로 내려가는 선박의 정강이에 절정이며, 목표는 지구로 돌아가기 위해 소행성 표본의 최소 2.1 온스 또는 60 그램을 모으는 것입니다.

"우리 모두는 그 견본을 취하고 집으로 돌아오기를 원합니다," 토마스 Zurbuchen, NASA의 과학 임무 이사회의 머리는 기자들과 의한 회의 콜에서 월요일말했습니다.

과학자와 엔지니어는 OSIRIS-REx가 터치를 실행하고 예상대로 화요일에 갈 것이라고 확신합니다. 그러나 우주선은 하강의 가장 중요한 순간에 자체적으로 될 것입니다.

베누와 OSIRIS-REx는 현재 지구에서 약 2억 7,000만 마일(3억 3,400만 킬로미터)에 위치하고 있습니다. 그 거리에서, 그것은 미션 컨트롤 우주선에서 편도 여행을 하기 위해 가벼운 속도로 이동 하는 무선 신호에 대 한 18 분 이상 걸립니다.

OSIRIS-REx는 복잡한 네비게이션 소프트웨어, 지형 추적 알고리즘 및 프로그래밍된 명령을 사용하여 베누 표면에 있는 테니스 코트 크기의 영역으로 안내하는 기동을 실행하기 위해 자율적으로 비행할 것입니다.

NASA의 OSIRIS-REx 우주선의 데이터는 75센티미터 해상도로 소행성 베누의 모양 모델을 만드는 데 사용되었습니다. 신용: NASA/고다드/애리조나 대학교

회전하는 탑 모양의 Bennu는 직경 1마일(500미터)의 약 3분의 1을 측정하고 4.3시간마다 축에서 한 번 회전합니다. 태양, 창조, 거듭기와 연결된 조류같은 고대 이집트 신의 이름을 따서 명명된 베누는 지구 궤도를 교차하는 태양 주위의 길을 따라가며, 소행성은 6년마다 한 번씩 지구에 비교적 가깝게 접근합니다.

이로 인해 베누는 잠재적으로 위험한 소행성이 되고, 결국 지구에 타격을 가할 위험이 낮다. 2100년대 후반에 베누가 지구에 영향을 미칠 확률은 1-2,700입니다.

베누는 1999년 지상 망원경이 지구 근처의 소행성을 수색하는 조사를 통해 발견되었다. OSIRIS-REx는 베누를 방문하는 첫 번째 임무입니다.

거의 2년 전 베누에 도착한 이후, OSIRIS-REx는 소행성이 우주로 물질을 흘리고 있다고 결정했습니다. 이 임무는 또한 B형 소행성으로 알려진 베누가 탄소가 풍부한 수분 베어링 미네랄로 덮여 있음을 발견했습니다. 유기 물질은 생물학에서 또는 생물학과 관련되었던 화합물에서 수시로 찾아낸 양식에 있는 탄소를 포함할 수 있습니다, 과학자는 10월 8일 발표했습니다.

"탄소 베어링 재료의 풍부는 임무에 대한 주요 과학적 승리입니다,"단테 Lauretta, 투손에있는 애리조나 대학의 OSIRIS-REx 수석 연구원말했다. "우리는 이제 OSIRIS-REx 임무의 핵심 목표인 유기 물질로 샘플을 수집하고 반환할 것이라고 낙관합니다."

NASA는 이달 초 새로운 과학 데이터 발표와 함께 보도 자료에서 베누를 "우주에 떠있는 다이아몬드 모양의 잔해 더미"라고 묘사했다.

과학자들은 또한 OSIRIS-REx의 목표 터치 다운 사이트 ( "나이팅게일"이라고 불리는 )는 또한 생명의 구성 요소인 유기 재료의 서명을 품고 있다고 말했다. 베누북반구의 나이팅게일 위치는 460피트(140미터) 분화구 안에 위치하지만, 우주선이 만지는 것이 안전하다고 여겨지는 지역은 52피트(16미터)에 걸쳐 있습니다.

우주선의 태양 전지판은 20피트 또는 6.2미터 이상 뻗어 있습니다.

올해 초 로레타는 "타이트한 핏의 일종입니다.

그러나 과학자들은 나이팅게일이 풍부한 수익을 제공할 것으로 기대합니다. OSIRIS-REx의 관측은 또한 터치와 이동의 재료가 최근 공간의 가혹한 환경에 노출되었음을 나타내며, 이는 이 임무가 태양계의 45억 년 역사의 대부분에 방해받지 않은 깨끗한 샘플을 잡을 수 있음을 의미합니다.

그러나 Bennu는 미션 매니저들에게 OSIRIS-REx가 샘플링 사이트로 가는 방법을 다시 계획하도록 강요하는 몇 가지 놀라움을 제공했습니다.

Bennu는 대형 바위와 OSIRIS-REx가 샘플링 실행 중에 도달하기에 완벽한 부드럽고 미세한 토양이 있는 광활한 창공이 부족한 미션 플래너가 예상했던 것보다 더 견고하게 나타났습니다.

벤누를 가까이서 본 엔지니어들은 OSIRIS-REx를 견고한 소행성으로 하강하는 마지막 단계를 안내하는 데 도움이 되는 업그레이드된 내비게이션 기능을 개발했습니다.

우주선은 자연 기능 추적이라는 기능을 사용하여 항법 카메라가 있는 일련의 이미지를 사용하여 소행성 표면의 바위, 분화구 및 기타 랜드마크를 자율적으로 식별하여 위치와 상대적 속도에 대한 데이터를 산출합니다. OSIRIS-REx는 이미지를 하강 하기 전에 컴퓨터에 로드 된 지형지도와 자율적으로 비교 합니다.

우주선이 위험한 지역에 접근하는 것을 감지하면 소행성 표면에서 16 피트 또는 5 미터 인 베누에서 중단명령을 받고 다시 멀리 할 수 있습니다. 모든 계획에 따라 간다면, 탐색 알고리즘은 터치로 OSIRIS-REx를 조종하고 원래 계획보다 3 배 더 나은 23 피트, 또는 7 미터의 정확도로 사이트를 이동합니다.

자연 기능 추적 알고리즘은 성공적으로 벤누에서 131 피트, 또는 40 미터, 우주선을했다 리허설 8 월 11 동안 테스트했다. 우주선의 카메라는 OSIRIS-REx가 8월에 현장을 직접 비행할 때 나이팅게일 샘플링 위치의 고해상도 뷰를 캡처하여 지상 팀이 실제 샘플링 시도 전에 자연 기능 추적 기능을 위한 지도를 업데이트하고 수정할 수 있도록 했습니다.

8월 리허설은 4월 15일 에도 비슷한 연습을 통해 OSIRIS-REx의 괜찮은 고도 213피트 또는 65미터를 시뮬레이션한 후 베누에서 멀리 떨어져 있습니다.

당국은 원래 8 월에 샘플 수집을 시도하는 것을 목표로했지만 관리자는 COVID-19의 확산을 늦추기 위해 원격 작업 및 물리적 분리 요구 사항과 싸우면서 팀이 준비를 완료 할 수있는 더 많은 시간을 허용하기 위해 10 월까지 이벤트를 다시 밀어 넣었습니다.

우주선이 베누를 향해 추락하는 데는 화요일 약 4시간 반이 소요됩니다. 그것은 붉은 행성의 대기를 통해 화성 탐사선의 7 분 하강보다 훨씬 더 빙하 속도로 갈 것이다.

"나는 이것을 공포의 7분으로 생각하지 않는다." 벅이 말했다. "온화한 불안의 4 시간 반 시간의이 훨씬 더. " 우리는 연습과 우주선과 리허설 ... 우리는 이미 거의 모든 것을 보았고 우주선이 훌륭하게 수행하고 있습니다."

컨트롤러는 덴버 근처의 록히드 마틴 시설에서 운영을 감독합니다.

벅은 엔지니어들이 태양계 전체의 프로브와 통신하도록 설계된 전 세계 안테나의 배열인 NASA의 딥 스페이스 네트워크를 통해 화요일 초에 OSIRIS-REx로 업링크를 위한 네비게이션 파라미터의 최종 업데이트를 준비하고 있다고 말했다.

"그런 다음 우주선은 이 자율 주행에 필요한 것을 가지고 있습니다." 벅이 말했다.

OSIRIS-REx 우주선은 소행성 베누에서 약 0.6 마일 (1 킬로미터) "안전한 가정 궤도"를 떠나 오후 1시 50 분 EDT (1750 GMT) 주위에 추진기를 발사합니다. 고다드의 OSIRIS-REx 비행 역학 매니저 케네스 게잔다너(Kenneth Getzandanner)에 따르면, 화상은 소행성에 비해 0.2mph 또는 초당 약 8센티미터 미만으로 항공기의 속도를 바꿀 것입니다.

Bennu의 작은 크기와 약한 중력장은 OSIRIS-REx가 로켓 엔진의 작은 충동으로 궤적을 조정할 수 있다는 것을 의미합니다.

오후 2시 10분경 EDT(1810 GMT)에서 OSIRIS-REx는 터치 앤 고 샘플 수집 메커니즘 또는 TAGSAM이라는 로봇 샘플링 암을 확장할 것입니다. 팔길이는 약 11피트(3.35미터) 길이이며, 끝에는 드럼 모양의 고정재가 있으며, 이는 골동품 자동차에 부착된 공기 필터와 유사합니다.

하강은 느리고 체계적일 것입니다. 베누의 끈질긴 중력은 지구 중력의 강도 1000만 개에 해당하는 10마이크로g의 우주선을 끌어당겨 다른 행성에 착륙하는 것보다 우주 정거장과의 만남과 더 비슷하게 접근할 것입니다.

OSIRIS-REx는 오후 5시 29분 EDT(2129 GMT)에 소행성으로 최종 하강하는 태도 또는 방향으로 전환한 다음, 두 개의 태양 열배열 날개를 오후 5시 36분 EDT(2136 GMT)부터 시작하여 소행성 표면에서 안전하게 배치할 수 있도록 "Y-wing" 구성으로 조정합니다.

우주선의 컴퓨터는 베누 의 표면에 랜드 마크의 위치를 추적 온보드 네비게이션 프로그램의 데이터를 기반으로 하강의 마지막 두 로켓 화상에 대한 정확한 시간을 계산합니다. 가이던스 시스템은 탐색 솔루션을 자동으로 생성하여 필요에 따라 후속 연소 시간을 조정합니다.

오후 5시 50분경 EDT(2150 GMT)에 검문소가 타면 OSIRIS-REx가 소행성을 향해 자유 낙하를 시작할 수 있습니다.

"그 시점에서, 검문소 기동은 우주선을 회전하고 표면을 향해 OSIRIS-REx를 보내,"게잔다너는 말했다. "우주선이 고도에서 약 50미터(164피트)를 넘은 후 - 체크포인트 후 약 10분 - 세 번째이자 마지막 기동, 매치포인트 기동, 하강 속도가 느려집니다... 나이팅게일에서 부드러운 접촉을 위해 우주선을 설정합니다."

매치포인트 연소는 오후 6시 EDT(2200 GMT)로 예정되어 있습니다.

OSIRIS-REx는 베누의 표면에 초당 약 0.2 mph -10cm의 속도로 도달합니다 . 우주선은 노즐이 소행성과 접촉하기 때문에 TAGSAM이 그 일을 하는 데 약 10~15초가 걸리는 동안 오랫동안 그곳에 머무르지 않을 것입니다.

압축 질소 가스 한 병은 터치 중에 배출되고 기동을 거치면서 베누 표면 아래 최대 8인치(20센티미터)의 먼지와 바위 조각을 수색하며, 여기서 재료는 민감한 유기물을 손상시킬 수 있는 야생 온도 스윙으로부터 보호되어야 합니다.

록히드 마틴 엔지니어가 발명한 TAGSAM 노즐은 질소 펄스에 의해 날아가서 시료를 트랩하고 역진공 청소기와 유사한 공기가 급증하는 수집가에 빨려 들어갑니다. 컬렉터를 겨냥한 카메라는 초당 한 프레임에서 작동하는 방식을 기록합니다. 이 이미지는 앞으로 우주선 질량의 변화에 대한 정확한 측정과 함께 엔지니어에게 장치가 어떻게 수행되었는지 알려줍니다.

이 메커니즘은 약 2센티미터-직경의 3분의 1까지만 바위를 처리할 수 있습니다. 이는 미국 니켈의 크기에 관한 것입니다.

고다드의 비행 역학 시스템 매니저인 마이크 모로(Mike Moreau)는 소행성과 접촉하는 팔의 역학을 포고 스틱에서 튀는 것과 비교했다.

Bennu와 몇 초 후, OSIRIS-REx는 다시 소행성에서 이륙하고 궤도에 다시 추진기를 발사합니다.

이 그림은 소행성 베누, 엠파이어 스테이트 빌딩, 에펠탑의 상대적 크기를 보여줍니다. 신용: NASA/고다드/애리조나 대학교

하강의 가장 중요한 단계에서 우주선은 제한된 원격 분석 데이터만 지구로 전송합니다. 화요일 밤, OSIRIS-REx는 지상 팀과 높은 데이터 속도 통신을 재확립할 것이며, 컨트롤러는 우주선의 수행 방식을 완전히 평가할 수 있습니다.

터치와 이동에서 첫 번째 이미지는 샘플링 시스템이 어떻게 작동하는지 보여주기 위해 수요일에 지구로 다시 빔될 것이며, 우주선이 예상 표본을 수집했는지 여부를 조기에 알 수 있습니다.

토요일에 컨트롤러는 OSIRIS-REx를 관성의 순간을 측정하기 위해 스핀 기동으로 명령할 예정입니다. 엔지니어들은 샘플링 실행 전에 결과를 유사한 기동과 비교하여 벤누에서 우주선이 얼마나 많은 질량을 잡았는지 추정합니다.

"요구 사항은 60 그램입니다," Lauretta는 말했습니다. "이는 우리가 물질을 보내고 싶은 전 세계의 모든 실험실을 살펴본 과학 팀을 기반으로 하며, 유기 화학, 수화 광물, 연령, 노출, 샘플에 대한 모든 종류의 정보에 대한 정보를 얻을 필요가 있는 재료의 양을 살펴보았습니다. 그래서 과학은 60 그램을 필요로합니다.

"그러나 TAGSAM은 실제로 적어도 150 그램 (파운드의 1/3)를 픽업하기 위하여 시험되었습니다," Lauretta는 말했습니다. "그리고 TAGSAM 필터가 가득 차있는 최상의 시나리오에서 ... 우리는 1킬로그램 이상의 시료를 가질 수 있습니다."

"가장 좋은 결과는 우리가 거대한 견본을 수집할 것이라는 것입니다," 헤더 Enos, 애리조나 대학에 OSIRIS-REx의 부수석 조사관을 말했습니다. "우리는 60 그램, 또는 2 온스에 대 한 요구 사항이 말한다, 하지만 우리는 최대 수집의 능력 2 킬로그램. 그 캡슐이 완전히 가득 차있기를 좋아합니다."

NASA가 OSIRIS-REx가 포착한 재료의 양에 만족한다면, 기관 지도자들은 임무가 샘플 수집 요구 사항을 충족했다고 10월 30일 결정할 수 있습니다. 이 경우, 우주선은 2021 년 중반에 지구로 돌아오기 전에 소행성의 원격 감지 관측을 계속할 것입니다.

OSIRIS-REx가 터치를 중단하고 착륙을 해야 하는 경우에 대비하여 파도가 꺼질 확률이 약 6%에 달하거나 예상대로 많은 샘플을 얻지 못하는 경우, 플래너는 1월 초에 두 번째 샘플링 을 위한 시간을 예약했습니다.

우주선에 소행성 샘플이 있다고 확신하면 지상 컨트롤러는 TAGSAM 암에 대한 명령을 보내 OSIRIS-REx의 착륙 캡슐 내부에 수집 캐니스터를 배치합니다. 폭발성 볼트는 선박의 로봇 팔에서 TAGSAM 머리를 절제하고 캡슐의 뚜껑은 집으로 돌아가기 위해 장치 위로 닫힙습니다.

OSIRIS-REx의 귀환 캐리어가 지구에 착륙 한 후, 복구 팀은 과학자들이 깨끗한 샘플 큐레이션 실험실 내부에 캐니스터를 열고 그 내용을 연구하기 시작하는 휴스턴에있는 NASA의 존슨 우주 센터로 선박을 수송할 것입니다.

존슨의 천체 물질 연구소의 연구원들은 또한 아폴로 우주 비행사에 의해 달에서 반환 바위를 분석합니다.

에노스는 과학자들이 "탄소가 풍부하고 수화된 미네랄의 베누의 시그니처를 대표하는 소행성 물질을 희망한다고 말했다. 그것은 놀라운 일이 될 것입니다, 나는 그 샘플에있을 거라고 믿을 수있는 모든 이유가있다."

"크기 분포의 관점에서, 나는 우리가 다른 크기의 분포의 몇 가지가 있기를 바랍니다. 나는 작은 곡물을 좋아한다. 나는 우리가 섭취 할 수있는 최대 2 센티미터에서 거의 부부를 하고 싶습니다,"이노스는 월요일 말했다. "따라서 다양성은 샘플을 최대한 얻을 수 있는 열쇠입니다. 그것이 내 돈이 내일 있는 일입니다."

OSIRIS-REx 우주선을 개발하고 제작한 팀은 소행성 샘플이 지구의 유기 물질에 의해 오염되지 않도록 추가 조치를 취했습니다.

이 이미지는 소행성 베누에 있는 OSIRIS-REx의 주요 샘플 수집 사이트인 나이팅게일(Nightingale)을 보여줍니다. 이미지는 사이트의 규모를 설명하기 위해 OSIRIS-REx 우주선의 그래픽으로 오버레이됩니다. 학점: NASA/고다드/애리조나 대학교

연구원은 광학 및 전자 현미경, 슈퍼 컴퓨팅 실험실 및 싱크로트론 가속기 (큰 방 또는 건물의 크기를 소행성 샘플 분석에서 계측)를 사용합니다.

우주에서 비행 할 자격이 과학 장비는 극한의 온도, 공기가없는 진공 및 강렬한 방사선에서 작동해야하며, 전력이 거의 작동하지 않습니다.

과학자들은 베누에서 잡은 아미노산과 다른 화합물의 키랄리티, 또는 손아귀를 결정하려고 시도할 것입니다. DNA와 같은 생명과 관련된 분자는 독특한 방향을 가지고 있습니다. 지구상의 유기체에서 DNA의 경우, 이중 나선은 항상 오른손잡이 방향으로 뒤틀리며 생물학에서 아미노산을 구성하는 원자는 거의 항상 왼손잡이입니다.

생물학적 분자를 구성하는 원자 들 중 왼쪽 또는 오른쪽 방향에 대 한 선호 는 화학 물질 함께 래치 하 고 더 복잡 한 구조를 구축 하기 쉽게.

"Bennu는 태양계에서 백만 개 이상의 알려진 소행성 중 하나이며,이 소행성은 태양계에서 행성을 형성한 초기 물질의 유물이며, 태양계가 어떻게 형성되었는지, 그리고 시간이 지남에 따라 어떻게 진화했는지를 잠금 해제하는 핵심 정보를 보유하고 있습니다."

OSIRIS-REx가 베누를 조사한 자료에 따르면 소행성의 가장 어두운 바위 중 상당수는 예상보다 약하고 다공성입니다. 과학자들은 소행성의 바위 대부분이 지구 대기권진입에서 살아남기에는 너무 약하다고 말하기 때문에 OSIRIS-REx를 대상으로 한 표본은 운석 수집에서 비슷한 바위가 잘 표현되지 않기 때문에 "누락된 링크"를 제공할 수 있다고 말합니다.

"Bennu의 반환된 샘플은 물과 유기 물질이 지구에 전달되는 방법과 지구 생명의 초기 개시에서 중요한 성분이 맡은 역할과 같은 몇 가지 주요 천체 생물학 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다."

OSIRIS-REx 임무의 또 다른 목적은 베누를 밀어내고 점차 궤도를 변경하는 힘을 특징짓는 것입니다. 힘 중 하나는 소행성의 열 방출이 태양계를 통해 궤도를 바꿀 수있는 야르코프스키 효과라고합니다. 태양 복사 압력은 소행성 궤도에 또 다른 영향이다.

이 데이터는 과학자들이 소행성이 지구를 위협할 때 를 더 잘 예측하는 데 도움이 될 것입니다.

미국 최초의 소행성 샘플 반환 프로브이지만 OSIRIS-REx는 현재 소행성에서 물질을 회수하여 지구로 가져오는 임무를 수행하여 태양계를 여행하는 유일한 우주선은 아닙니다.

일본의 하야부사 2 우주선은 12월 6일 소행성 류구의 홈 샘플을 집으로 가져가6년 동안 우주 탐험을 하고 있습니다. 이 임무는 지난해 반 마일 너비(900미터) 소행성의 두 위치에서 바위 조각을 포착했습니다.

벤누와 마찬가지로 류구는 탄소와 유기농이 풍부한 소행성입니다.

NASA와 일본 항공 우주 탐사 국은 하야부사 2 및 OSIRIS-REx 샘플을 각 국가의 과학자들과 공유하기로 합의했습니다.

"우리는 두 임무에 일하는 과학자의 교환을 가지고, 물론, 우리는 우리가 과학을 극대화 할 수 있도록 서로의 샘플의 일부를 교환 할 것입니다,"Glaze는 말했다.

"우리는 (JAXA가) 아주 성공적인 시도를 했다는 것을 믿고, 그(것)들은 자료를 다시 가져올 것으로 예상합니다, 그러나 우리의 희망은 OSIRIS-REx와, 우리는 견본의 현저하게 더 많은 질량을 수집할 것입니다, 그녀는 말했습니다. " 그래서 그(것)들의 둘 사이에서, 우리는 공부하기 위하여 견본의 우수한 조합이 있어야 합니다."