這臺卡車大小的探測器裝有一個機械臂，用來收集小行星表面的樣品。科學(xué)家們希望這項任務(wù)能加深我們對行星形成及生命起源的了解，并更深入地探索可能影響地球的小行星。著陸地點之所以
北京時間 9 月 28 日消息，美國國家航空航天局(NASA)近日宣布，旨在進行小行星采樣并返回的 OSIRIS-REx 探測器將于 10 月 20 日登陸小行星貝努(Bennu，即小行星 101955)。屆時這臺探測器將小心翼翼地進行長達 4.5 小時的降落，然后在幾秒鐘內(nèi)接觸并離開這顆小行星。
OSIRIS-REx 探測器的全稱是 “太陽系起源、光譜解析、資源識別、安全保障、小行星風(fēng)化層探索者”(Origins，Spectral Interpretation，Resource Identification，Security，Regolith Explorer)。NASA 已經(jīng)選定了它的著陸點，即 “夜鶯”(Nightingale)，位于貝努北半球一個直徑 16 米的巖石區(qū)域。這個候選地點被認(rèn)為具有顆粒最細(xì)的土壤。
這臺卡車大小的探測器裝有一個機械臂，用來收集小行星表面的樣品。科學(xué)家們希望這項任務(wù)能加深我們對行星形成及生命起源的了解，并更深入地探索可能影響地球的小行星。著陸地點之所以選中 “夜鶯”，是因為這是貝努表面最清晰的區(qū)域之一，最容易接觸到細(xì)小顆粒物質(zhì)。
然而，著陸點周圍有一些巨大的、如同建筑物大小的石塊，只有一個大約幾個停車位大小的地方可供降落。另一方面，如果著陸稍有偏差，OSIRIS-REx 探測器的處境也可能非常不妙。
貝努位于地球和火星之間，距離地球約 3.34 億公里。在如此遠的距離上，從 OSIRIS-REx 探測器到 NASA 總部之間的信號傳遞大約需要 18.5 分鐘。這意味著人工著陸是不可能的，所有成功著陸的希望都寄托在機載自主系統(tǒng)上。
按照計劃，OSIRIS-REx 探測器應(yīng)該收集至少 57 克的小行星巖石材料帶回地球。這將是自阿波羅任務(wù)以來最大的樣品采集任務(wù)，而阿波羅任務(wù)獲得了更多的資金，在采集樣品時也得到了地面上更多的幫助。如果貝努表面的物質(zhì)采集成功，OSIRIS-REx 探測器將于 2023 年 9 月 24 日返回地球。
NASA 還透露了 OSIRIS-REx 探測器將如何在小行星表面著陸的一些細(xì)節(jié)。這場四個半小時的考驗將分為三個步驟。第一步是點燃 OSIRIS-REx 探測器上的推進器，使其脫離距離表面約 770 米的軌道。
軌道高度之所以這么低，是因為貝努的平均半徑只有 246 米，整體的引力很小。此時，探測器的采樣臂，稱為 “接觸即走樣品采集機制”(Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism，簡稱 TAGSAM)，將展開并向下指向貝努。脆弱的太陽能電池板將在探測器上方以 Y 字形翼狀展開，以安全避開任何危險。
TAGSAM 的采樣頭將是探測器唯一會接觸到貝努表面的部分。OSIRIS-REx 項目副主管麥克 • 莫羅表示，這項任務(wù)經(jīng)過了多年的計劃和艱苦工作，而在屆時的登陸過程中，TAGSAM 基本上只與小行星表面接觸 5 到 10 秒鐘。
NASA 的工作人員將授權(quán) OSIRIS-REx 探測器自主降落，它將利用一個名為 “自然特征跟蹤”(Natural Feature Tracking，簡稱 NFT)的導(dǎo)航系統(tǒng)控制自己的著陸。該系統(tǒng)使用了 OSIRIS-REx 任務(wù)所拍攝的小行星表面的全部詳細(xì)圖像，并將其轉(zhuǎn)化為一張地圖，指出了所有潛在的危險。如果著陸偏離了各種預(yù)先定義的限制，可能使探測器處于危險中，該系統(tǒng)就會執(zhí)行預(yù)先編程的中止任務(wù)。
如果發(fā)生這種情況，NASA 將重新組織任務(wù)團隊并在稍后的日期再次嘗試。探測器緩慢穩(wěn)定的下降過程大約需要 4 個小時，然后在大約 125 米的高度進行所謂的 “檢查點”(Checkpoint)機動。
隨著推進器的再一次點火，緩慢的下降將變得更陡、更快，探測器也越來越接近小行星表面。大約 11 分鐘后，將進行第三次也是最后一次機動，即 “賽末點”(Matchpoint)。此時，計算機系統(tǒng)將使用推進器，將探測器穩(wěn)定在距離著陸點 54 米的高度。OSIRIS-REx 探測器將再次放慢速度，并試圖在接近小行星之前與其旋轉(zhuǎn)相匹配。
NASA 預(yù)測，OSIRIS-REx 探測器在小行星表面著陸的時間不會超過 16 秒。之后，探測器的氮氣瓶將噴出氣體，從貝努的表面吹起碎屑。探測器將在再次點火前嘗試采集一些碎屑，然后撤到安全的軌道上。在這次具有里程碑意義的著陸后一周，NASA 才能知道是否能成功獲得約 60 克的小行星物質(zhì)。
10 月 22 日，一架機載照相機將對可伸縮采樣臂進行拍攝，以查看是否采集了任何物質(zhì)。10 月 24 日，OSIRIS-REx 探測器將嘗試確定這些物質(zhì)的質(zhì)量。如果采樣量足夠，這些物質(zhì)將被安全地包裝起來，放在 “樣品返回艙”(Sample Return Capsule，簡稱 SRC)中，開始返回地球的旅程。
如果采樣量不能令 NASA 滿意，OSIRIS-REx 探測器將返回小行星上方并再次嘗試，因為探測器攜帶了足夠的氮氣，可以進行三次嘗試。如果真的發(fā)生這種情況，NASA 將放棄 “夜鶯”，將降落點改為備用的 “魚鷹”(Osprey)，并且最早也要到 2021 年 1 月才會再次著陸。
貝努表面的灶神星碎片
NASA 拍攝的小行星 “貝努”的圖像顯示，它的表面還有另一顆小行星的碎片，而且 “極其明亮”。這些碎片來自灶神星(Vesta)，大小從 1.5 米到 4.3 米不等，散布在貝努的南半球及其中心附近。
研究人員從 OSIRIS-REx 探測器的圖像中檢測到了這些巨石，它們看起來比周圍的深色富碳區(qū)域要明亮得多。探測器使用機載光譜儀分析了這些碎片，發(fā)現(xiàn)了輝石礦物的跡象——這是灶神星上的一種已知化合物。
NASA 研究人員認(rèn)為，這些物質(zhì)來自貝努的母小行星，后者受到了灶神星碎片的撞擊。NASA 戈達德太空飛行中心的漢娜 · 卡普蘭說：“我們的主要假設(shè)是，一塊灶神星的碎片撞擊了貝努的母小行星，之后貝努就從母小行星那里‘繼承’了這些物質(zhì)。后來，當(dāng)這顆母小行星發(fā)生災(zāi)難性的斷裂時，它的一部分碎片在自身重力作用下聚集形成了貝努，包括一些來自灶神星的輝石。”
小行星 “貝努”，由 OSIRIS-REx 探測器拍攝于 2018 年 12 月 2 日。
OSIRIS-REx 探測器任務(wù)將如何從小行星上獲取樣品?
科學(xué)家表示，這顆古老的小行星可能含有生命起源的線索。據(jù)信，它形成于 45 億年前，攜帶著太陽系誕生時的殘余物質(zhì)。
OSIRIS-REx 探測器于美國東部時間 2016 年 9 月 8 日 19 時 05 分搭載阿特拉斯 5 號火箭發(fā)射升空。在仔細(xì)調(diào)查了貝努小行星的特征并確定最合適的取樣地點后，OSIRIS-REx 探測器將使用機械臂收集約 60 至 2000 克的小行星表面物質(zhì)，并在 2023 年通過一個可拆卸的太空艙將樣品送回地球。
為了在小行星表面采集樣本，OSIRIS-REx 探測器將在一個特定區(qū)域上空盤旋，然后以每秒 10 厘米的速度緩慢而輕柔地降落。探測器還攜帶著激光高度計和亞利桑那大學(xué)提供的一套攝像機，以及光譜儀和激光雷達。
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