Am 21. Oktober, gegen 1 Uhr Moskauer Zeit, wird die automatische interplanetare Station OSIRIS-REx versuchen, eine Bodenprobe von der Oberfläche des Asteroiden Bennu zu entnehmen. Dies ist nicht der erste derartige Versuch in der Geschichte der Menschheit – zum Beispiel fliegt gerade Hayabusa-2 zur Erde, was gelungen ist – aber der erste für die Amerikaner. Wir sagen Ihnen kurz, welche Chancen "Osiris" hat, die Partikel der Antike auf die Erde zu tragen, ohne zwischen ihren Felsen und Felsbrocken zu sterben, wie sehr Sie sich darüber Sorgen machen sollten.
Für die NASA wird eine solche Operation die erste sein, obwohl die Agentur bereits Erfahrung mit der Landung auf Asteroiden hatte: Bereits im Februar 2001 landete die Station NEAR Shoemaker unbeschadet auf der Oberfläche des erdnahen Asteroiden Eros und arbeitete daran mehr als zwei Wochen lang die Zusammensetzung der Oberflächenschicht des Asteroiden untersucht. Dies hat der Wissenschaft bereits einzigartige Daten geliefert, aber Wissenschaftler wollen mit der Materie von Asteroiden und Kometen unter Laborbedingungen arbeiten, um sie genauer zu untersuchen. Das ist ihnen bereits gelungen: 2006 lieferte die Stardust-Sonde Partikel aus interplanetarem Staub und Koma des Kometen 81P / Wild, eingeschlossen in ein Aerogel, zur Erde.
Eine Bodenprobe von einem Asteroiden zu entnehmen und zur Erde zu bringen ist viel schwieriger, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Das ist bisher nur der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) gelungen, die die interplanetaren Stationen Hayabusa-1 und Hayabusa-2 in Betrieb genommen hat.
Das erste Gerät war ein Prüfstein und hat dem Missionsteam viele Nerven verdorben:
Eines der Ionentriebwerke und zwei der vier Schwungräder im Lageregelungssystem fielen aus
Das Abstiegsmodul prallte von diesem ab, anstatt auf der Oberfläche des Asteroiden zu landen
Zwei Versuche, Erde vom Asteroiden Itokawa zu sammeln, scheiterten, weshalb die Station weniger als ein Milligramm reine Asteroidenmaterie zur Erde lieferte
Dies reichte jedoch aus, um neue Entdeckungen zu machen.
Hayabusa-2 erwies sich als erfolgreicher, da es Boden sowohl von der Oberfläche des erdnahen Asteroiden Ryugu als auch von seiner unterirdischen Schicht erhielt und Anfang Dezember dieses Jahres auf unseren Planeten liefern wird. Möglich wurde der Erfolg durch die Berücksichtigung aller Fehler der ersten Station, wiederholte Testabfahrten zum Studium der Baustellen und ein klares Aktionsprogramm.
Es ist erwähnenswert, dass Ryugu ein noch ungastlicherer Ort war als Itokawa. Hayabuse-2 hatte es mit einer Oberfläche zu tun, die mit Felsbrocken und Felsen bedeckt und praktisch staubfrei war. Der Probenahmemechanismus selbst (der auch bei Hayabus-1 verwendet wurde) kam jedoch zur Rettung - im Moment seiner nächsten Annäherung an die Oberfläche des Asteroiden feuerte das Gerät eine Tantalkugel darauf ab, wodurch Steine und Fragmente effektiv zerschmettert wurden nach oben, wonach die Station nur noch Bodenpartikel auffangen musste, die dann in einen verschlossenen Mehrwegbehälter fielen.
OSIRIS-REx wird den Boden von Bennu anders abbauen als japanische Stationen. Der TAGSAM-Probenahmemechanismus (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism) lässt sich auf- und aufklappen und sein Funktionsprinzip kann man als "Umkehrstaubsauger" bezeichnen. Sobald der Kopf des Samplers die Bennu-Oberfläche berührt, soll ein aus einem der drei Zylinder freigesetzter komprimierter Stickstoff die Regolith-Partikel vom Asteroiden heben und in spezielle Kammern schicken. Der Kopf des Mechanismus wird dann in eine versiegelte Kapsel gesteckt, die zur Erde zurückgebracht wird. Bodentests haben bestätigt, dass der Mechanismus in der Lage ist, mindestens 60 Gramm des Materials des Asteroiden zu sammeln.
OSIRIS-REx Probenahmemechanismus.
Rückführkapselgerät OSIRIS-REx.
Aktionsplan
- OSIRIS-REx wird zuerst seine 770-Meter-Arbeitsbahn verlassen, dann den Probenahmemechanismus ausfahren und die Solarpaneele in Y-Form falten, um den Schwerpunkt des Schiffes zu verschieben und die Paneele vor möglichen Kollisionen mit Felsen zu schützen.
- Die Station senkt sich dann sanft auf eine Höhe von 125 Metern ab, erhöht die Sinkgeschwindigkeit und verlangsamt sich bei einer Höhe von 54 Metern, wobei der Probenehmerkopf auf den gewünschten Bereich ausgerichtet wird.
- Im Moment des Kontakts mit der Bennu-Oberfläche wird Stickstoff freigesetzt, die Station hat für den Aushubvorgang weniger als 16 Sekunden Zeit.
- Danach fliegt OSIRIS-REx in eine sichere Entfernung von der Oberfläche des Asteroiden und stellt dann fest, ob es genug Material vom Asteroiden sammeln konnte.
Was könnte schiefgehen?
1. Die Bodenpartikel auf Bennu sind möglicherweise zu groß. Der Regolith im Bereich "Nightingale", der sich in einem jungen Krater auf der Nordhalbkugel von Bennu befindet, galt als recht feinkörnig. Der Probenahmemechanismus darf jedoch keine Partikel erfassen, die größer als zwei Zentimeter sind.
2. Ausfall des Navigationssystems. Im Gegensatz zu Hayabus, die reflektierende Markierungskugeln für die Navigation verwendeten, verwendet OSIRIS-REx ein Navigationssystem, das auf dem automatischen Vergleich von Kamerabildern mit einer vorkompilierten Geländekarte basiert. Bei einer Fehlfunktion der Kameras oder des Lidars muss der Betrieb unterbrochen werden.
3. Die Automatisierung wird davon ausgehen, dass der Boden zu eng ist. Das Untersuchungsgebiet ist nur 16 Meter breit und von großen Felsbrocken von der Größe eines Hauses umgeben. Entscheidet die Station, dass die Sinkflugbahn in einen Gefahrenbereich führt, wird die Operation abgebrochen.
Unter diesen Szenarien gibt es keine völlig katastrophalen, wie ein automatischer Fehler, der eine Beschädigung oder gar den Verlust der Station zur Folge hatte - beim geringsten Zweifel wird das Sinkprogramm unterbrochen und OSIRIS-REx zurück in die Arbeitsumlaufbahn geschickt, und im Kontrollzentrum setzen sie sich hin, um weiterzudenken.
Karte der Region "Nachtigall". Grüne Bereiche sind für Bodenproben sicher, rote Bereiche sind gefährlich. Die für Wissenschaftler interessantesten Bereiche sind lila markiert.
Selbst wenn der erste Versuch, bei Bennu Erde zu sammeln, fehlschlägt, wird die Station noch zwei weitere haben. Und wenn sich die "Nachtigall" als uneinnehmbar erweist, haben die Forscher ein Reservegebiet für die Arbeit - "Osprey", das sich in einem kleinen Krater in der äquatorialen Region des Asteroiden befindet.
Es bleibt dem Missionsteam viel Glück zu wünschen und zu hoffen, dass der erste Angriff auf Bennu erfolgreich endet und die Station nicht beschädigt wird.
