OSIRIS-REx

El Espectrómetro de Imágenes de Rayos X REXIS ( Regolith X-ray Imaging Spectrometer ) es el encargado de determinar la abundancia de elementos químicos, gracias al análisis de rayos X suaves (0.3-7.5 keV) generados por la superficie bombardeada por el viento solar y los rayos X producidos por el sol . La resolución, que alcanza los 21 ' (4,3 metros a 700 metros de distancia) se obtiene mediante un sistema de telescopio de máscara codificado . El instrumento está siendo desarrollado por estudiantes, como parte de una empresa conjunta entre el Laboratorio de Sistemas Espaciales y el Instituto de Tecnología de Massachusetts , con la participación del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica .

Sistema de muestreo TAGSAM

El sistema de muestreo TAGSAM ( Mecanismo de adquisición de muestras Touch-and-Go ) está conectado al extremo de un brazo articulado heredado de la misión Stardust . 3,2 metros de largo en posición extendida, este último tiene motores redundantes en sus tres articulaciones. En su extremo se encuentra el TAGSAM, formado por un cilindro plano perforado en su base con un diámetro de 30 centímetros. Para tomar la muestra, la sonda se acerca verticalmente al sitio seleccionado, a baja velocidad ( 0,1  m / s ). La cámara de alta velocidad (1 hertz) OCAMS documenta la muestra. Al entrar en contacto con el suelo, que dura solo 5 segundos, un resorte ubicado en el brazo absorbe el impacto y los sensores activan la secuencia de muestreo. La articulación del cabezal del recogedor puede inclinarse 15 grados para adaptarse a la pendiente del suelo. Se expulsa una bocanada de nitrógeno a través de orificios perforados alrededor del perímetro del cilindro para levantar el regolito . Este último, expulsado por el gas, ingresa a la parte central empotrada del TAGSAM y luego a compartimentos que están cerrados por láminas móviles de tereftalato de polietileno (mylar) que se levantan bajo la presión de los gases. El objetivo es recolectar al menos 60 gramos, pero el sistema puede almacenar hasta 2 kilogramos. Un segundo dispositivo pasivo se encarga de tomar pequeñas partículas ubicadas en la superficie del suelo y con un diámetro inferior a 3 milímetros con el fin de estudiar el proceso de meteorización de suelos expuestos al vacío espacial: 24 bolitas circulares de un diámetro de 1,75  cm ( área total 57,42  cm 2 ) de metal recubierto con velcro se distribuyen bajo el cabezal de muestreo alrededor de su periferia y así recogen los pequeños granos ubicados en la superficie. La sonda espacial verifica, después de alejarse, que se ha tomado una cantidad suficiente de material, tomando fotos del sistema de muestreo y midiendo el cambio en su momento de inercia inducido por la presencia de una muestra. El sistema de muestreo tiene reservas de nitrógeno que le permiten realizar 3 intentos. Una vez que el muestreo es exitoso, el cabezal de recolección se almacena en la cápsula de retorno de muestra, el diseño también se deriva del de Stardust .

Cápsula utilizada para devolución de muestra

La SRC ( Sample Return Capsule ), que se utiliza para traer la muestra de regreso a la Tierra, se deriva directamente de la cápsula utilizada por la misión espacial Stardust para un propósito similar. La cápsula debe traer el cabezal del sistema de muestreo TAGSAM y la muestra de suelo del asteroide de regreso a la Tierra, mientras que el resto de la sonda espacial continuará circulando en el Sistema Solar. Una vez tomada la muestra, el brazo deposita el TAGSAM en esta cápsula que luego se cierra. La cápsula comprende un escudo térmico antes de ablativo compuesto por material tipo PICA de 3 e  generación desarrollado por el Centro de Investigación Ames de la NASA y utilizado en particular por la embarcación Crew Dragon SpaceX, que le permitirá resistir el intenso calentamiento durante la reentrada atmosférica resultante de la disipación. de más del 99% de la energía cinética adquirida. El escudo térmico trasero, que soporta temperaturas mucho más bajas, utiliza un material ablativo SLA desarrollado por Lockheed Martin . Un paracaídas principal desplegado después de un paracaídas piloto permite que la cápsula aterrice sin problemas. La cápsula, que tiene un diámetro de 81 centímetros y una altura de 50 centímetros, también contiene el sistema de fijación TAGSAM y la electrónica relativamente simple necesaria para activar de forma independiente las diversas operaciones durante la reentrada atmosférica. La cápsula no tiene radiobaliza porque la misión Stardust ha demostrado que no era necesario tenerla para encontrar la máquina en el suelo.

• La cápsula en la que se enviará la muestra de suelo a la Tierra.

• La cápsula está ubicada en el "puente" donde también se instalan los instrumentos científicos. La pantalla térmica blanca frontal de forma cónica es claramente visible.

• La puerta de la cápsula entreabierta permite ver la carcasa que va a recibir el cabezal del sistema de muestreo TAGSAM.

Protección contra la contaminación de la muestra

Se utilizan varios dispositivos para proteger las muestras de suelo de la contaminación por materiales u organismos terrestres y para identificar posibles contaminantes. El sistema de muestreo TAGSAM se almacena en un contenedor por un lado para preservar su limpieza durante las operaciones en tierra, lanzamiento y por otro lado para evitar su contaminación por la desgasificación de los materiales de la sonda espacial durante el inicio del tránsito al asteroide. . El nitrógeno se inyecta de forma continua en el recipiente hasta el lanzamiento para mantener una presión interna positiva que impida la entrada de partículas del exterior. Las placas testigo de aluminio y zafiro se colocan en diferentes ubicaciones del dispositivo de muestreo TAGSAM y en la cápsula SRC para permitir la determinación del medio ambiente y los contaminantes en tres puntos de la operación: justo antes de que se tomen las muestras de suelo, entre la operación de recolección y almacenamiento de TAGSAM en la cápsula y finalmente entre el almacenamiento y el regreso a la Tierra. Los datos recopilados permitirán aislar los contaminantes en las muestras de suelo durante el análisis de este último.

Realización de la misión

La misión OSIRIS-REx tiene una duración de 7 años y aprovecha el hecho de que el asteroide Bénou pasa cerca de la Tierra cada 6 años. La misión se puede dividir en nueve fases: lanzamiento, asistencia gravitacional desde la Tierra, tránsito a Bénou, estudio remoto de Bénou, estudio desde órbita, toma de muestra de suelo, continuación del estudio Bénou, viaje de regreso a la Tierra y regeneración atmosférica. -entrada a la Tierra.

Lanzamiento (septiembre de 2016)

La sonda espacial OSIRIS-REx fue lanzada el 8 de septiembre de 2016 a las 11:05 p.m.UT hacia el asteroide Bénou por un cohete Atlas V 411 (versión del lanzador con un solo propulsor ) disparado desde la base de lanzamiento de Cabo Cañaveral en Florida . El disparo se lleva a cabo el primer día de la ventana de lanzamiento , que dura 120 minutos, que se cerró el 12 de octubre.

La energía característica (C 3 ) de la sonda espacial en el lanzamiento se fija en 29,3  km 2 / s 2 para una capacidad de lanzamiento de 1955 kilogramos. El lanzador coloca la sonda espacial en una órbita heliocéntrica con una velocidad de escape hiperbólica de 5,4  km / s . Una vez en el espacio, la sonda espacial utiliza su propulsión para realizar una serie de pequeñas correcciones de rumbo, con un cambio acumulativo de velocidad de 0,52  km / s .

Tránsito a Bénou (septiembre de 2016-agosto de 2018)

OSIRIS-REx no toma una trayectoria directa hacia Bénou, sino que debe completar una órbita completa alrededor del Sol, antes de volver a sobrevolar la Tierra, el 22 de septiembre de 2017 , para ganar velocidad. Para alinearse con la Tierra, la sonda espacial realizará varias maniobras utilizando su propulsión principal, con un cambio acumulativo de velocidad de 520  m / s . La sonda espacial debe pasar a unos 20.000 kilómetros de la Tierra y realizar una maniobra de asistencia gravitacional , que le permitirá cambiar la inclinación de su órbita en 6 grados, para hacerla coincidir con la de Bénou. Del 9 al 20 de febrero de 2017 , al pasar por las inmediaciones del punto L 4 del sistema Sol-Tierra, la sonda OSIRIS-REx realiza una búsqueda de troyanos terrestres . La fase de aproximación comienza enagosto 2018, cuando la cámara PolyCam equipada con un teleobjetivo logra tomar una imagen del asteroide: la sonda espacial se ubica entonces a 2 millones de kilómetros de Bénou. Llegado cerca, OSIRIS-REx usó su propulsión para bajar su velocidad en 530  m / s , de modo que su velocidad relativa con respecto a Bénou no fuera más de 20  cm / s .

Llegada (octubre-noviembre de 2018)

Durante la segunda quincena de octubre de 2018 , la sonda espacial se acerca gradualmente al asteroide y toma una serie de imágenes utilizando la cámara PolyCam desde una distancia de entre 44.000 kilómetros para el primero y 320  kilómetros . La cámara también toma una serie de ocho imágenes para componer una imagen de alta resolución. El 16 de noviembre, la cámara Polycam toma una foto desde una distancia de 136 kilómetros que permite distinguir una gran roca de 55 metros llamada Pimple. El 1 er diciembre de 2018 la sonda espacial, que viajó de 2 mil millones de kilómetros desde su lanzamiento se produce dentro de los 20 kilómetros de Benou y entra en la esfera de Hill del asteroide, es decir, la región del espacio donde la influencia del asteroide en Osiris Rex supera al del sol. A partir del 4 de diciembre, la sonda espacial deberá realizar varias pasadas sobre el Polo Norte, a una distancia de 7 kilómetros, utilizando tanto la cámara como el altímetro, antes de comenzar a circular sobre las áreas de las líneas ecuatoriales del asteroide.

Primer reconocimiento

En diciembre de 2018 , el instrumento MapCam genera, mediante filtros de color, mapas de color y estudia la distribución geográfica de los diferentes materiales. OSIRIS-REx debería entonces comenzar el estudio del asteroide, cuando estará a solo 5 kilómetros de él. Se espera que esta fase dure dos años e incluya seis fases:

Durante unos veinte días, la sonda espacial permanece a una distancia de unos 5 kilómetros de Bénou, para realizar un estudio preliminar. Durante este, la sonda espacial toma fotografías de todo el asteroide, para permitir establecer un mapa topográfico. Se recopilan datos espectroscópicos. Se elabora una lista de 12 lugares de aterrizaje que cumplen las limitaciones de seguridad y los objetivos operativos. Desde esta posición, los instrumentos toman medidas del efecto Yarkovsky .

En órbita A (enero-febrero de 2019)

A 31 de diciembre de 2018 y hasta finales de febrero, la sonda espacial se coloca en una primera órbita cercana, denominada órbita A , que la mantiene a una distancia de entre 1,6 y 2,1 kilómetros de la superficie de Bénou. El equipo responsable de la trayectoria de la sonda está pasando de la navegación basada en estudios de estrellas a la navegación basada en el uso de imágenes de la superficie de Bénou. En esta órbita, no se recopilan datos científicos. Su propósito es permitir que el equipo de navegación adquiera experiencia. La órbita resulta ser muy estable (no es necesaria ninguna corrección durante los primeros 30 días) a pesar de la debilidad del campo gravitacional generado por el asteroide. Esto genera una fuerza del mismo orden de magnitud que la producida por la presión radiativa ejercida por la radiación solar. Para equilibrar esta última fuerza, OSIRS-Rex se mantiene perpendicular a la radiación solar mientras que constantemente sobrevolando del asteroide terminador . El equipo científico observa en esta fase, al examinar las imágenes de la superficie, que la superficie contiene muchos cráteres de impacto, mientras que estos deben ser borrados gradualmente por los movimientos del suelo provocados por la débil cohesión del asteroide, formado por una pila de no muy rocas compactas. La densidad de los cráteres implica que la superficie tiene entre 100 millones y mil millones de años. La superficie es muy lisa, y las únicas áreas favorables para el muestreo son como máximo de 10 a 20 metros de diámetro, mientras que la misión fue diseñada para áreas sin obstáculos de 100 metros de diámetro.

Reconocimiento detallado (marzo-junio de 2019)

Durante la primera parte de la fase de estudio detallado, que tiene lugar entre marzo y abril de 2019 , se utilizan varios instrumentos simultáneamente para mapear Bénou y determinar sus características espectrales, térmicas y geológicas. Durante esta fase, la sonda espacial circula en una órbita más alta que la órbita A, a unos 3,4 kilómetros del centro del asteroide. Las fotos se toman desde cuatro posiciones orbitales. Los datos recogidos permiten determinar la forma del asteroide y elaborar un mapa global de la superficie, con una resolución de 4 centímetros, así como mapas temáticos sobre áreas de interés científico o que constituyan un riesgo para la sonda espacial.

Durante la segunda parte de la fase de detalle, que tiene lugar entre abril y junio de 2019 , la sonda espacial se aleja más (a unos 5 kilómetros del centro del asteroide, y toma imágenes desde siete posiciones distintas ubicadas en el ecuador). consiste en construir modelos que permitan determinar cómo la luz solar es reflejada por la superficie bajo diferentes ángulos de iluminación. También se traza un mapa de características térmicas, para determinar las regiones, interesantes o a evitar, para la toma de muestras, pero también para contribuir a estudios geológicos posteriores. Al final de esta fase, se identifican 12 posibles lugares de aterrizaje.

Orbite B (junio-agosto de 2019)

En una órbita más cercana ( órbita B ), los instrumentos de la sonda espacial realizan un mapeo más detallado, lo que ayuda a identificar sitios potenciales para el muestreo de suelo. Dado el relieve turbulento de la superficie, el equipo del proyecto tuvo que adaptar su plan inicial, por un lado reduciendo el tamaño de las áreas abiertas alrededor del sitio de muestreo de 50 metros a 5-10 metros, y por otro lado modificando el método de navegación de la sonda espacial durante la operación de muestreo. Se moverá hacia el suelo de forma autónoma, utilizando las imágenes tomadas por las cámaras de a bordo para llegar al lugar elegido evitando obstáculos. A finales de agosto de 2019 , el equipo científico seleccionó cuatro posibles sitios de aterrizaje de interés científico (presencia de minerales hidratados y materiales ricos en carbono, etc.) y que comprenden regolitos y rocas de menos de 2,5 centímetros de diámetro (tamaño compatible con la operación). del sistema de muestreo TAGSAM). Dos de estos sitios están cerca del ecuador y dos más están más cerca de los polos. Los sitios seleccionados son bautizados con los nombres de aves originarias de Egipto, para quedarse dentro del tema de Bénou (nombre de una garza mitológica egipcia). Estos cuatro sitios son:

• El martín pescador ( martín pescador ) se encuentra cerca del abultamiento ecuatorial y contiene material de los hemisferios norte y sur. Se trata de un cráter pequeño, relativamente joven, que por tanto debe contener materiales que no hayan sido alterados por su exposición a la superficie durante mucho tiempo. De los cuatro sitios, este es el que tiene la firma espectral del agua más fuerte;
• El águila pescadora ( águila pescadora ) ubicada 32 grados al este de Kingfisher tiene la firma espectral de carbono más fuerte. Hay varios tipos de rocas, con gran variedad de albedos y colores, así como una gran placa de regolito oscuro de gran interés;
• Nightingale ( ruiseñor ) ubicado a medio camino entre el ecuador y el polo norte (latitud 56 °) contiene una gran cantidad de material de grano fino, lo que lo convierte en un lugar adecuado para tomar una muestra. El regolito presenta grandes variaciones de color que indican que está compuesto por una amplia variedad de materiales;
• Sandpiper ( caballero guignette ) se encuentra en la latitud 47 ° sur. El entorno se caracteriza por la presencia de rocas y pendientes pronunciadas que pueden hacer arriesgada la recolección. El interés del sitio está ligado a la existencia de dos cráteres de impacto reciente que expusieron materiales provenientes del sótano levemente alterados. Hay minerales hidratados y materiales de brillo variable que indican diversas fuentes.

El 8 de agosto de 2019, la Unión Astronómica Internacional decidió bautizar las principales características del relieve de Bénou con los nombres de aves reales o mitológicas.

Selección del sitio de muestreo (septiembre-diciembre de 2019)

Durante la fase de reconocimiento, que tiene lugar entre septiembre y diciembre de 2019, la sonda espacial estudia en detalle los cuatro sitios seleccionados, que circulan en una órbita ubicada a una altitud de 1,7 kilómetros. Acercándose a 225 metros del suelo, la cámara Polycam toma fotografías de alta definición de los sitios para verificar que el tamaño de las rocas presentes en la superficie sea compatible con el funcionamiento del sistema de muestreo de suelo y no presente un riesgo para el sonda espacial. El equipo del proyecto selecciona el lugar de aterrizaje de Nightingale el 12 de diciembre. La elección se basa en dos criterios: la cantidad de material compuesto por granos pequeños y la facilidad de acceso. El sitio alternativo es Osprey. Los dos sitios cumplen varios requisitos:

• en el momento del muestreo, el Sol debe estar al menos 5 grados por encima del horizonte, pero deben evitarse las horas más calurosas (Sol hacia el cenit);
• la sonda espacial debe poder comunicarse con la Tierra (Bénou no interfiere);
• el Sol también debe estar en una dirección específica.

Repetición de la secuencia de recogida de muestras (enero-agosto de 2020)

Se realizan dos repeticiones de la secuencia de recolección de muestras para validar el progreso de los distintos pasos. El primer ensayo tiene lugar el 14 de abril. La sonda espacial abandona su órbita, lo que la mantiene a un kilómetro de la superficie y pasa a 65 metros de ella antes de volver a entrar en su órbita. Uno de los objetivos asignados a este ensayo es tomar imágenes de alta resolución del sitio seleccionado para el muestreo. La segunda repetición tiene lugar el 12 de agosto de 2020. Se llevan a cabo tres de las cuatro etapas del procedimiento de muestreo: el cambio de órbita, la etapa de verificación autónoma de la velocidad y la posición y finalmente la sincronización con la velocidad de rotación. del asteroide. El descenso al suelo solo se interrumpe cuando la distancia no supera los 40 metros. El objetivo de este ensayo es verificar que OSIRIS-REx pueda extender el brazo del sistema de muestreo, validar el funcionamiento de las comunicaciones con la Tierra durante el descenso y verificar que el sistema de control de actitud logre mantener el sistema de muestreo perpendicular al superficie utilizando las ruedas de reacción .

Toma de muestra de suelo (20 de octubre de 2020)

La sonda espacial OSIRIS-REx hace su primer intento exitoso de recolectar muestras de suelo del asteroide el 20 de octubre. El sitio elegido, Nightingale , es un espacio rocoso de 15 metros de diámetro ubicado en el hemisferio norte de Bénou. Se eligió porque, en su perímetro, el suelo está cubierto con material de grano fino y no presenta obstáculos que puedan interferir con el flujo de operaciones. Pero en su perímetro hay rocas del tamaño de una casa. Por tanto, la sonda espacial debe, de forma autónoma, realizar una maniobra de precisión para no chocar con una de estas rocas. Las operaciones comienzan cuando la sonda espacial abandona su órbita ubicada a 770 metros sobre la superficie y comienza a acercarse lentamente a ella. El sistema de muestreo se despliega y los paneles solares se inclinan hacia arriba para evitar que sean dañados por las eyecciones. La sonda espacial se encuentra en este momento a 334 millones de kilómetros de la Tierra: una señal de radio tarda 18,5 minutos en llegar al controlador de tierra y si este último envía un comando en reacción a la información de la sonda, llega al menos 37 minutos después de enviarla. Dada esta limitación, todas las operaciones que se llevarán a cabo son realizadas por la sonda espacial de forma autónoma.

90 minutos después de dejar la órbita, el software de navegación a bordo NFT ( Natural Feature Tracking ) comienza a comparar las imágenes de la superficie con fotos de referencia tomadas previamente y, en base a los resultados obtenidos, posiblemente corrige la trayectoria. Después de 4 horas, la sonda espacial llega a un primer punto ubicado a 125 metros de la superficie y realiza una maniobra allí para ajustar su posición y luego aumentar su velocidad de descenso hacia la superficie. Once minutos más tarde, a 54 metros de altitud, la sonda espacial reduce su velocidad y ajusta su velocidad orbital para hacerla coincidir con la velocidad de rotación de Bénou. Luego, la sonda espacial desciende verticalmente hacia la superficie con una velocidad residual de 10  cm / s ( 0,36  km / h ). Cuando la sonda espacial está a punto de hacer contacto con el suelo, el software NFT verifica que la sonda no se dirija hacia un área que haya sido catalogada como peligrosa durante las operaciones de reconocimiento (si este hubiera sido el caso, la sonda espacial habría cancelado el descenso). antes de que la altitud alcanzara los 5 metros). El intento del 20 de octubre (22:08 UTC ) avanza nominalmente. El brazo robótico en cuyo extremo se ubica el sistema de muestreo TAGSAM toca la superficie (es la única parte de la sonda espacial que toca la superficie) a solo un metro del centro del área seleccionada y permanece en contacto con ella. ci durante 5 a 6 segundos. Un chorro de gas ( nitrógeno ) proveniente de uno de los tres tanques disponibles se expulsa del TAGSAM, que levanta partículas de suelo y pequeñas rocas. Algunos de ellos son recuperados por el sistema de muestreo. La sonda espacial utiliza su propulsión para alejarse del suelo a una velocidad de 40  cm / s . Las fotos tomadas por SamCam muestran que el cabezal del sistema de muestreo redujo pequeñas rocas a polvo al contacto y que el chorro de gas levantó una nube de partículas, lo que garantiza el probable éxito del muestreo.

Confirmación de retiro exitoso

Durante los días siguientes a la muestra, los instrumentos Osiris-Rex son los encargados de confirmar el éxito de la operación. Esta confirmación se obtiene por un lado estudiando las imágenes TAGSAM tomadas con la cámara SamCam para determinar si contiene muestras de suelo. El objetivo de la misión era recolectar una masa de muestras de entre 60 gramos y 2 kilogramos, había que medir por otro lado extendiendo el brazo con TAGSAM en su extremo y girando la sonda espacial a su alrededor '. perpendicular al brazo. La masa adicional contenida en el TAGSAM debía evaluarse comparando el momento de inercia de la sonda espacial con lo que era antes del muestreo. Teniendo en cuenta los márgenes de error de este método de medición, se consideró cumplido el objetivo si el valor obtenido es de al menos 150 gramos. Las imágenes tomadas el 22 de octubre confirman que el TAGSAM contiene una cantidad significativa de regolito y pequeñas rocas, pero también muestran que parte de él se escapa lentamente. Una de las láminas de mylar sueltas que se supone que evita que las muestras salgan del TAGSAM está bloqueada en la posición abierta por rocas cuyo tamaño no les permite pasar por la abertura. Para limitar estas pérdidas, los jefes de misión decidieron cancelar la operación de pesaje prevista para el 24 de octubre. Se adelanta el almacenamiento de TAGSAM en la cápsula SRC, que es traerlo de regreso a la Tierra, que inicialmente estaba programado para el 2 de noviembre. Si el resultado de la primera muestra hubiera sido negativo, se esperaba que la sonda espacial pudiera realizar dos nuevos intentos. Si alguno de estos se realiza en el sitio de alivio de Osprey, tendrá lugar en enero de 2021.

La delicada operación de almacenamiento de TAGSAM en la cápsula comienza el 27 de octubre de 2020. Incluye varias etapas, cuya finalización es verificada cada vez por los equipos en la Tierra mediante imágenes tomadas por una cámara dedicada (la StowCam). La operación es larga porque cada intercambio con la Tierra dura 18,5 minutos en cada dirección. El TAGSAM es llevado gradualmente por el brazo sobre la cápsula que se ha abierto, comprobando que esté perfectamente alineado sobre su futura posición de almacenamiento. Las imágenes muestran que pequeñas rocas escapan de TAGSAM durante esta operación y el personal de tierra verifica que ninguna de ellas pudo evitar el cierre de la cápsula. A continuación, se coloca el TAGSAM en la cápsula sobre una base con ganchos que se bloquean. El brazo intenta levantar el TAGSAM para asegurarse de que esté bien sujeto a la cápsula. Luego, la sonda espacial activa la separación del brazo y el TAGSAM cortando primero la tubería que lleva el nitrógeno al TAGSAM y luego separando las dos partes mecánicas que sirven como sujetadores. La noche del 28 de octubre, la cápsula se cierra.

Desarrollo futuro de la misión

Regreso a la Tierra (mayo de 2021-septiembre de 2023)

La sonda espacial continúa observando desde la órbita después de que la cápsula se ha cerrado. El 10 de mayo de 2021, una favorable ventana de lanzamiento se abre para el retorno a la Tierra y Osiris-Rex hojas las proximidades del asteroide. Usando su propulsión, la sonda espacial aumenta su velocidad en 0.32  km / s , lo que la coloca en una trayectoria balística (sin uso adicional de propulsión) permitiendo un encuentro con la Tierra en septiembre de 2023 . Cuatro horas antes de llegar a nuestro planeta, se deja caer la cápsula que contiene la muestra. A continuación, la sonda espacial realiza una maniobra (cambio de velocidad de 17,5  m / s ) que le permite esquivar la Tierra y situarse en una órbita heliocéntrica estable (alrededor del Sol). Por su parte, la cápsula que contiene la muestra ingresa a la atmósfera terrestre a una velocidad de 12,2  km / s . La cápsula se frena en las capas superiores de la atmósfera: se espera que el 99% de su energía cinética se disipe en forma de calor , llevando su escudo térmico a temperaturas que alcanzan varios miles de grados. Aproximadamente a dos millas sobre el suelo, se despliega un paracaídas y la cápsula realiza un aterrizaje suave en el polígono de prueba y entrenamiento de Utah (ya utilizado para la cápsula Stardust ) en24 de septiembre de 2023, o 7 años después de su lanzamiento. La muestra de suelo de Bénou será transportada a un laboratorio equipado con instrumentos para analizar su composición química.

Desde los primeros estudios sobre la misión, el rendimiento del lanzador Atlas V ha mejorado constantemente. Además, la sonda espacial se desarrolló con un margen de masa que, en última instancia, apenas se utilizó. La combinación de estos dos factores permite cargar teóricamente más propulsores de los esperados (el tanque puede contener 140 kilogramos más de los 1.095 kilogramos programados). Con este combustible adicional, podemos prever que la sonda espacial regresará a la Tierra antes de lo planeado en enero de 2020 en lugar deMayo de 2021), porque tendría suficientes propulsores para esta trayectoria menos óptima, que requiere un delta-V de 935  m / s contra 328  m / s según los planes iniciales. Esta opción finalmente no se mantuvo.

Análisis de muestras devueltas por OSIRIS-REx

El análisis de las muestras de suelo del asteroide traídas por OSIRIS-REx debe extenderse a lo largo de 2 años. De los 60 gramos (mínimo) traídos de regreso a la Tierra, se espera que se analicen inmediatamente 11,5 gramos (con un margen de 3,5 gramos). Consiste en determinar los elementos químicos presentes y su composición isotópica. A partir de estos resultados, los científicos intentarán reconstruir el pasado del asteroide: el origen de los elementos que lo componían antes de que la nebulosa se convirtiera en el Sistema Solar , cómo evolucionaron dentro de la nebulosa y las características del cuerpo celeste del que puede ser el asteroide. han sido parte. Estos datos se utilizarán para validar las hipótesis formuladas sobre la evolución química y dinámica del Sistema Solar. Además, las características térmicas de las muestras se miden para refinar el impacto del efecto Yarkovsky en la órbita de Bénou. Finalmente, los resultados de los análisis realizados deben permitir calibrar las mediciones realizadas a distancia (mediante telescopios, etc.). Los 45 gramos restantes son archivados para su análisis por las siguientes generaciones de científicos, quienes contarán con instrumentación más poderosa para validar los modelos de formación del Sistema Solar que entonces estarán vigentes.

Aproximadamente 6 meses después de que la muestra regrese a la Tierra, el equipo OSIRIS-REx distribuirá un catálogo que proporcionará suficiente información para que la comunidad científica sugiera temas de investigación sobre las muestras. Durante el siguiente semestre, el equipo científico realizará mediciones sobre el subconjunto de la muestra que se le asigne para cumplir con los objetivos de la misión. Se tomarán precauciones particularmente rigurosas para evitar cualquier contaminación de las muestras por los materiales del suelo utilizados durante la manipulación. En particular, el equipo está interesado en aprender del flujo de trabajo de las muestras de la cápsula Stardust .

Primeros resultados científicos

Incluso antes del regreso de las muestras de suelo del asteroide a la Tierra, los instrumentos a bordo de la sonda espacial recopilaron una gran cantidad de datos que nos permitieron deducir varios datos importantes sobre las características de Bénou y su proceso de formación.

Edad de los asteroides

Según los modelos actuales, los asteroides cercanos a la Tierra del tamaño de Bénou (del orden de un kilómetro de diámetro) deberían tener una superficie joven y frecuentemente remodelada, debido a dos tipos de fenómenos: colisiones frecuentes en el cinturón de asteroides de donde provienen estos cuerpos. y los procesos térmicos y de mareas que entran en juego cuando el asteroide se convierte en un NEO. Las observaciones basadas en el recuento de grandes cráteres de impacto en la superficie de Bénou muestran que tiene una edad de entre 100 millones y mil millones de años, mucho más alta que lo que se considera que es el promedio de vida útil de un asteroide cercano a la Tierra. Bénou está cubierto por un gran número de rocas fracturadas cuya morfología sugiere la influencia de impactos o procesos térmicos a muy gran escala de tiempo.

Capacitación

Benou, como Ryugu, el asteroide estudiado por la sonda espacial japonesa Hayabusa 2 , está formado por una pila de fragmentos de un asteroide padre destrozado por una colisión con otro cuerpo celeste. Los fragmentos se unieron para formar un nuevo asteroide. Los investigadores intentaron determinar mediante simulaciones cómo este proceso resultó en las formas y características mineralógicas de los dos asteroides. Ambos tienen forma de peonza con un cordón ecuatorial pronunciado. Esta forma fue explicada previamente por el efecto YORP que al acelerar la velocidad de rotación habría provocado que los materiales migraran de los polos al ecuador. Pero la presencia de cráteres, entre los más antiguos de Bénou, en la superficie de las crestas ecuatoriales parece excluir esta explicación. Las simulaciones indican que esta perla puede haberse formado tan pronto como se creó el asteroide o poco después. La superficie de los dos asteroides muestra diferencias de hidratación. Se plantean dos hipótesis. Esto podría deberse al origen de los fragmentos a partir de los cuales se formó el asteroide: los que provienen del centro del asteroide padre están menos hidratados que los que provienen de la superficie. Otra explicación sería la distancia de los fragmentos a la zona de impacto que destruyó el asteroide padre. Los fragmentos ubicados cerca del impacto sufrieron un calentamiento más pronunciado y perdieron parte de su agua. El análisis de muestras de los dos asteroides después de su regreso a la Tierra debería proporcionar nueva información.

Velocidad de rotación y ambiente

Durante la aproximación del asteroide, se llevó a cabo una campaña de observación para detectar posibles satélites mayores a unas pocas decenas de centímetros. No se pudo detectar ninguno. La cantidad de polvo expulsado de la superficie de Bénou se evaluó a 150 gramos por segundo. La velocidad de rotación de Bénou se acelera continuamente, con una tasa de 3,63 × 10 -6 grados / día², presumiblemente debido al efecto YORP .

Estructura interna

La estructura interna de Bénou se caracteriza por una importante porosidad . De las mediciones del campo de gravedad, los científicos dedujeron que la densidad interna era muy heterogénea. La cuenta ecuatorial no es muy densa. Esta característica, así como la presencia de rocas muy grandes en su superficie, permiten deducir que el asteroide consiste en una pila de escombros. La presencia de cordilleras que van del polo norte al polo sur, fallas largas y deslizamientos de tierra, indica un bajo nivel de fricción interna y / o cohesión. Los modelos nos permiten deducir que Bénou se formó por una acumulación de escombros y que el asteroide experimentó períodos de rápida rotación en el pasado que explican su forma superior. Actualmente Bénou está evolucionando en diferentes condiciones, y la débil cohesión de sus componentes provoca deslizamientos de tierra y la formación de fallas.

Una superficie heterogénea

Mientras que los modelos llevados a cabo a partir de datos recogidos mediante medidas de polarización de la señal de radar e inercia térmica se basaron en una superficie lisa cubierta de partículas con un diámetro del orden de un centímetro, las imágenes de Bénou muestran una superficie de gran diversidad. El albedo, la textura, el tamaño de las partículas y la rugosidad de la superficie no son para lo que se diseñó la sonda espacial. Este hallazgo cuestiona el modelado utilizado, que vincula la inercia térmica con el tamaño de las partículas presentes en la superficie. Los datos recogidos muestran la existencia de una gran diversidad de tamaños de partículas, con albedos completamente diferentes, lo que demuestra que, según el caso, proceden de los asteroides progenitores o que se formaron in situ. La estrategia de muestreo se basó en la existencia de zonas de 50 metros de diámetro, cubiertas de regolito con granos de diámetro del orden de dos centímetros. Las imágenes tomadas por las cámaras solo indican un pequeño número de áreas libres de cualquier relieve, cuyo diámetro no supera los 5 a 20 metros, lo que hizo necesario revisar el proceso de muestreo.

Seis rocas que varían en tamaño de 1,5 a 4,3 metros de diámetro ubicadas en el hemisferio sur y cerca del ecuador son significativamente más brillantes que cualquier otro material visto en la superficie de Bénou. Basándose en su composición química, los científicos de la misión creen que estas rocas son probablemente fragmentos del asteroide Vesta (vestoides). Usando el espectrómetro infrarrojo OVIRS, los investigadores identificaron la presencia de piroxeno , una característica típica de las rocas Vesta .

Los investigadores ya habían estudiado en otros cuerpos celestes expuestos al vacío las consecuencias en la evolución de su superficie de los bombardeos de meteoritos y radiaciones ( viento solar , radiación cósmica ). Los datos recogidos en Bénou permitieron destacar otro fenómeno de erosión espacial  : la fracturación térmica de las rocas resultante de los cambios de temperatura. Este proceso cambia el tamaño y la forma de las rocas, reduciéndolas gradualmente a pequeños guijarros y regolitos, lo que ayuda a cambiar la apariencia de la superficie con el tiempo. Benou en el ciclo día / noche varía la temperatura de la superficie entre -73  ° C y + 127  ° C . Las rocas se expanden durante el día antes de contraerse por la noche, lo que termina creando grietas que se expanden gradualmente. Las imágenes recolectadas por las cámaras OCAMS mostraron pequeñas fracturas de menos de un centímetro, fenómenos de exfoliación de la superficie de las rocas a un espesor de entre 1 y 10 centímetros y grietas en dirección norte-sur que no pueden resultar de un proceso de fracturamiento térmico. . Este fenómeno complica la datación de superficies al introducir un nuevo parámetro cuyo efecto a largo plazo es difícil de evaluar y cuya incidencia varía mucho según los cuerpos celestes (depende de la distancia al Sol, de la duración del día y de la naturaleza de las rocas).

Presencia de materiales hidratados ricos en volátiles

De acuerdo con lo esperado, Bénou está compuesto por materiales hidratados ricos en volátiles . Estas características se deducen de la línea de absorción a 2,7 micrones ( infrarrojo cercano ) y de la inercia térmica muy próxima a la de las condritas carbonáceas del tipo CM. Bénou podría ser uno de los objetos celestes que trajeron compuestos orgánicos y volátiles a la Tierra durante su formación. Los materiales orgánicos son abundantes y podrían contener carbono en formas que se encuentran en biología o asociadas con la biología. Es probable que las muestras tomadas y traídas de regreso a la Tierra contengan estos materiales orgánicos, cumpliendo así uno de los principales objetivos de la misión. Se han observado vetas brillantes a veces de más de un metro de largo y varios centímetros de espesor en las rocas y se han identificado como carbonatos que pueden haber sido producidos por sistemas hidrotermales que pudieron haber existido en el cuerpo celeste en el origen de Bénou.

Notas y referencias

Notas

1. Osiris es el acrónimo de:
   - O rigins  : la misión debe traer de vuelta una muestra que podría proporcionar indicaciones sobre el origen de la vida en la Tierra
   - S pectral que NTERPRETACIÓN  : los instrumentos proporcionan espectros del asteroide
   - R esource I dentificaciyn  : la misión proporciona información que podría ser utilizada para la exploración por un equipo
   - S eguridad  : la medición del efecto yarkovsky mejorará las predicciones de impacto con la Tierra de este asteroide.
2. REX es el acrónimo de R egolith Ex plorer .
3. O 78 millones de toneladas.

Referencias

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Ver también

Artículos relacionados

• Asteroide
• Formación y evolución del sistema solar.
• Hayabusa y Hayabusa 2 , sondas japonesas que han llevado a cabo una misión similar.
• Misión de retorno de muestra
• Programa Nuevas Fronteras
• Lista de asteroides que llevan los nombres de los contribuyentes a la misión OSIRIS-REx .

enlaces externos

• (en) Sitio oficial (Universidad de Arizona / NASA) .
• (en) OSIRIS-Rex en el sitio EO Portal de la Agencia Espacial Europea .
• (en) OSIRIS-Rex en el sitio Spaceflight101 .
• (es) Presentación de la misión [PDF] .
• (es) Blog del jefe de la misión D Lauretta .
• (es) Modelo tridimensional de Bénou