OSIRIS-REx

Η αποστολή

Ο σχεδιασμός της αποστολής έγινε από το Σεληνιακό και Πλανητικό Εργαστήριο (LPL) του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, από το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA και από τη Lockheed Martin Space Systems. Η επιστημονική ομάδα περιλαμβάνει πολίτες των ΗΠΑ, του Καναδά, της Γαλλίας, της Γερμανίας, του Ηνωμένου Βασιλείου και της Ιταλίας.
Μετά από ταξίδι περίπου δύο ετών, το σκάφος θα συναντήσει (κατά τον προγραμματισμό) τον αστεροειδή 101955 Μπενού το 2018 και θα αρχίσει τη χαρτογράφηση της επιφάνειάς του, που θα διαρκέσει 505 ημέρες, από απόσταση περίπου 5 km. Η χαρτογράφηση θα χρησιμοποιηθεί για την επιλογή του σημείου συλλογής του δείγματος. Στη συνέχεια θα επιχειρηθεί μία κοντινή προσέγγιση στο έδαφος του αστεροειδούς (χωρίς προσεδάφιση) και λήψη του δείγματος εδάφους με έναν ρομποτικό βραχίονα.
Οι μικροί αστεροειδείς αποτελούνται από αδιαφοροποίητο υλικό από τη γένεση του Ηλιακού Συστήματος. Ειδικότερα, ο 101955 Μπενού επιλέχθηκε εξαιτίας της ανθρακούχου του συστάσεως, καθώς ο άνθρακας αποτελεί το βασικό στοιχείο όλων των οργανικών μορίων. Τέτοια μόρια, όπως τα αμινοξέα, έχουν ήδη ανακαλυφθεί σε δείγματα μετεωριτών και κομητών, αποδεικνύοντας ότι κάποια συστατικά που είναι απαραίτητα για τη ζωή μπορούν να συντεθούν από τη φύση μακριά από τη Γη.
Μετά τη συλλογή του δείγματος υλικού (μπορεί να είναι από 60 γραμμάρια μέχρι δύο χιλιόγραμμα), που προγραμματίζεται για τον Ιούλιο του 2020, αυτό θα επιστραφεί στη Γη μέσα σε μία κάψουλα 46 χιλιογράμμων, παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιήθηκε για την επιστροφή δειγμάτων από τον κομήτη 81P/Wild (αποστολή Stardust). Το ταξίδι της επιστροφής στη Γη θα είναι συντομότερο, και η κάψουλα θα προσγειωθεί με ένα αλεξίπτωτο στο πεδίο δοκιμών της Γιούτα τον Σεπτέμβριο του 2023. Μετά την περισυλλογή της, η κάψουλα θα μεταφερθεί στο Διαστημικό Κέντρο Τζόνσον για επεξεργασία και ανάλυση του δείγματος σε ειδική για τον σκοπό αυτό ερευνητική εγκατάσταση.

Τα αρχικά OSIRIS επιλέχθηκαν ως μία αναφορά στον Όσιρι, θεό των νεκρών στην αρχαία Αίγυπτο, ενώ Rex σημαίνει «βασιλιάς» στα λατινικά. Η αιτία ήταν ότι ο αστεροειδής-στόχος φέρει επίσης όνομα Αιγύπτιου θεού και έχει μία πιθανότητα να συγκρουσθεί στο μέλλον με τη Γη, προκαλώντας πολλούς θανάτους.

Η εκτόξευση

Η εκτόξευση του OSIRIS-REx έγινε στις 8 Σεπτεμβρίου 2016, στις 19:05 τοπική ώρα (2:05 της 9ης Σεπτεμβρίου σε θερινή ώρα Ελλάδας) πάνω σε πύραυλο-φορέα τύπου Atlas V 411, από το Συγκρότημα Εκτοξεύσεων 41 (LC-41) του Ακρωτηρίου Κανάβεραλ. Ο πύραυλος είχε δύο ορόφους Το σκάφος της αποστολής αποχωρίστηκε από τον φορέα 55 λεπτά μετά την εκτόξευση, οπότε είχε αναπτύξει ταχύτητα 5,4 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Η εκτόξευση χαρακτηρίσθηκε «τέλεια» από τον επικεφαλής της αποστολής.

Ταξίδι

Το OSIRIS-REx εισήλθε στη φάση ταξιδιού λίγο μετά τον αποχωρισμό από τον πύραυλο-φορέα του, μετά από την επιτυχημένη εκδίπλωση των ηλιακών συλλεκτών του, την ενεργοποίηση του συστήματος προωθήσεως και την έναρξη τηλεπικοινωνιών με τη Γη. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του, το σκάφος θα χρησιμοποιήσει δικούς του κινητήρες και ένα μελλοντικό κοντινό πέρασμα από τη Γη για να αυξήσει την ταχύτητά του κατά 520 μέτρα/δευτερόλεπτο επιπλέον. Η φάση ταξιδιού θα διαρκέσει μέχρι τον Αύγουστο του 2018, όταν το σκάφος θα συναντήσει τον Μπενού και θα αρχίσει το επιστημονικό μέρος της αποστολής του.

Λήψη του δείγματος

Μία θέση θα επιλεχθεί για τη λήψη του δείγματος και στη συνέχεια θα γίνουν πρώτα δοκιμές της επιχειρήσεως λήψεως. Οι ηλιακοί συλλέκτες του σκάφους θα υψωθούν σε σχήμα «Y» ώστε να ελαχιστοποιηθεί η συσσώρευση σκόνης στην επιφάνειά τους κατά την επαφή με το έδαφος του αστεροειδή και να υπάρχει περιθώριο ασφαλείας αν γείρει το σκάφος κατά την επαφή. Η κάθοδος θα είναι πολύ αργή, ώστε να μη χρειασθεί παρά ελάχιστη χρήση των κινητήρων στο τέλος της και να μη μολυνθεί η επιφάνεια του αστεροειδή από το καύσιμό τους (υδραζίνη). Η επαφή με το έδαφος θα γίνει αντιληπτή με τη χρήση επιταχυνσιόμετρων και η δύναμή της θα διαχυθεί από ένα ελατήριο που είναι ενσωματωμένο στον βραχίονα.
Αμέσως μετά την επαφή, μία εκτόξευση αερίου αζώτου θα ωθήσει σωματίδια από την επιφάνεια (από σκόνη μέχρι χαλίκια διαμέτρου 2 εκατοστών) μέσα στην κεφαλή του δειγματολήπτη, που βρίσκεται στο άκρο του ρομποτικού βραχίονα. Χρονοδιακόπτης των 5 δευτερολέπτων θα περιορίσει τον χρόνο συλλογής προκειμένου να μειωθεί η πιθανότητα συγκρούσεως του σώματος του σκάφους με το έδαφος. Στη συνέχεια, ο ελιγμός αποχωρήσεως θα σημάνει την έναρξη μιας ασφαλούς αναχωρήσεως από τον αστεροειδή. Αν ωστόσο κριθεί απαραίτητο να γίνει μία δεύτερη απόπειρα συλλογής υλικού, η πορεία μπορεί να αναστραφεί. Με τη λήψη εικόνων και περιστροφικούς ελιγμούς, θα επαληθευθεί ότι έχει ληφθεί δείγμα και θα προσδιορισθεί η μάζα του, καθώς έχει τεθεί ένα ελάχιστο όριο 60 γραμμαρίων. Υπάρχει αρκετό άζωτο για τρεις απόπειρες δειγματοληψίας.
Εκτός από τον κύριο μηχανισμό δειγματοληψίας, παλέτες επαφής στο άκρο της κεφαλής του δειγματολήπτη θα συλλέξουν κόκκους μικρότερους του 1 χιλιοστού κατά την επαφή με το έδαφος του αστεροειδή. Οι παλέτες αυτές είναι κατασκευασμένες από μικρές συστροφές σύρματος ανοξείδωτου χάλυβα.
Μετά τη δειγματοληψία ο βραχίονας θα συμπτυχθεί στη θέση που είχε κατά την εκτόξευση και το χείλος της κάψουλας (SRC) θα κλείσει και θα ασφαλισθεί για την επιστροφή στη Γη.

Εξοπλισμός

Εκτός από τον τηλεπικοινωνιακό εξοπλισμό, το σκάφος θα μεταφέρει ένα σετ οργάνων που θα απεικονίσουν και θα μελετήσουν τον αστεροειδή σε πολλά μήκη κύματος, πέρα από τη συλλογή και μεταφορά του δείγματος. Η Πλανητική Εταιρεία coordinated a campaign to invite interested persons to have their names or artwork on the mission's spirit of exploration saved on a microchip to be carried in the spacecraft.

OLA

Ο Υψομετρητής Λέιζερ του OSIRIS-REx (OSIRIS-REx Laser Altimeter, OLA) είναι ένα όργανο σαρώσεως και LIDAR για την απόκτηση τοπογραφικών δεδομενων με υψηλή ανάλυση καθ' όλη τη διάρκεια της αποστολής. Οι πληροφορίες του OLA θα βοηθήσουν στη σύνταξη γενικών τοπογραφικών χαρτών του Μπενού, χαρτών των υποψήφιων τοποθεσιών δειγματοληψίας, και θα υποστηρίξουν την πλοήγηση και τις βαρυτομετρικές αναλύσεις.
Ο OLA διαθέτει έναν μόνο δέκτη και δύο συμπληρωματικούς εκπομπούς λέιζερ, που ενισχύουν την ανάλυση των δεδομένων: ο εκπομπός υψηλής ενέργειας χρησιμοποιείται για μέτρηση αποστάσεων και χαρτογράφηση από το 1 ως τα 7,5 km, ενώ ο χαμηλής ενέργειας για μέτρηση και χαρτογράφηση από τα 500 m μέχρι το 1 km. Οι παλμοί λέιζερ κατευθύνονται κατά την επιστροφή τους στο σκάφος σε ένα κινούμενο κάτοπτρο σαρώσεως, που συντονίζεται με το οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου-δέκτη, περιορίζοντας την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας υποβάθρου.
Ο OLA χρηματοδοτήθηκε από τον Καναδικό Οργανισμό Διαστήματος (CSA) και κατασκευάσθηκε στο Brampton του Οντάριο. Παραδόθηκε για ενσωμάτωση στο σκάφος στις 17 Νοεμβρίου 2015.

OVIRS

Το Φασματόμετρο Ορατού και Υπέρυθρου του OSIRIS-REx (OSIRIS-REx Visible and IR Spectrometer, OVIRS) είναι ένα φασματόμετρο που μετρά το φως ανά μήκος κύματος με σκοπό τη σύνταξη φασματικών χαρτών ορυκτών και οργανικών ενώσεων, καθώς και εντοπισμένες φασματικές πληροφορίες για υποψήφιες περιοχές δειγματοληψίας. Προορίζεται να αποκτήσει δεδομένα για φασματικούς χάρτες όλου του αστεροειδή με ανάλυση 20 μέτρων και για φάσματα της περιοχής δειγματοληψίας με ανάλυση 8 εκατοστών μέχρι 2 μέτρων. Αυτά τα δεδομένα θα χρησιμοποιηθούν μαζί με τα φάσματα του OTES για την επιλογή του σημείου της δειγματοληψίας. Οι φασματικές περιοχές και αναλύσεις είναι επαρκείς για τη σύνταξη επιφανειακών ορυκτολογικών και χημικών χαρτών, που θα δείχνουν την κατανομή ανθρακικών, πυριτικών και θειικών ορυκτών, οξειδίων, απορροφημένου νερού και πολλών οργανικών ενώσεων.

OTES

Το Φασματόμετρο Θερμικής Εκπομπής του OSIRIS-REx (OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer, OTES) θα βοηθήσει στη σύνταξη φασματικών χαρτών των ορυκτών και της θερμικής εκπομπής του αστεροειδή, καθώς και στην πληροφόρηση για υποψήφιες τοποθεσίες δειγματοληψίας, συλλέγοντας δεδομένα στο θερμικό υπέρυθρο, σε μήκη κύματος 4 ως 50 µm. Τα μήκη αυτά, σε συνδυασμό με την κατάλληλη φασματική διακριτική ικανότητα και τις ραδιομετρικές επιδόσεις, είναι επαρκή για να διακρίνουν και να ταυτοποιήσουν τα χαρακτηριστικά του δονητικού φάσματος απορροφήσεως των ορυκτών και οξειδίων. Το OTES θα μετρήσει επίσης την ολική θερμική εκπομπή ακτινοβολίας από τον Μπενού.

REXIS

Το Απεικονιστικό Φασματόμετρο Ρηγόλιθου Ακτίνων Χ (Regolith X-ray Imaging Spectrometer, REXIS) έχει ως στόχο να δημιουργήσει έναν φασματοσκοπικό χάρτη του Μπενού στις ακτίνες X. Το REXIS αναπτύχθηκε συνεργατικά από 4 ομάδες στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (MIT) και στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ, με την έρευνά του να μπορεί να απασχολήσει περισσότερους από 100 φοιτητές. Το REXIS βασίζεται σε δοκιμασμένες διατάξεις από παλαιότερες αποστολές, ελαχιστοποιώντας έτσι τον τεχνικό κίνδυνο αστοχίας και το κόστος.
Το REXIS είναι ουσιαστικά μία κάμερα μαλακών ακτίνων X (ενέργειας 0,3 ως 7,5 keV) που θα απεικονίσει την εκπομπή φασματικών γραμμών φθορισμού ακτίνων X, που επάγεται από την αλληλεπίδραση ηλιακών ακτίνων Χ και του ηλιακού ανέμου με τον ρηγόλιθο του Μπενού. Οι εικόνες του θα έχουν διακριτική ικανότητα 21 λεπτών της μοίρας (4,3 m σε απόσταση 700 m). Η φασματική περιοχή θα καλυφθεί από 5 ευρείες «μπάντες» και 11 στενές (φασματικών γραμμών). Κάθε ακτίνα Χ θα καταγράφεται ξεχωριστά, με μια σημείωση χρόνου ανά διαστήματα 24 δευτερολέπτων προκειμένου να ληφθεί υπόψη η περιστροφή του αστεροειδούς. Οι εικόνες, παραγόμενες ταυτόχρονα στις 16 μπάντες, σε ανάλυση 64Χ64 εικονοστοιχείων θα ανασυντεθούν στη Γη στο τέλος της αποστολής. Το φάσμα επιλέχθηκε έτσι ώστε να περιλαμβάνει τις σημαντικές φασματικές γραμμές Κ του οξυγόνου (0,5 keV) και Kß του σιδήρου (7 keV). Κατά την τροχιακή φάση 5B που θα διαρκέσει 21 ημέρες με το σκάφος 700 μέτρα πάνω από την επιφάνεια του Μπενού αναμένονται τουλάχιστον 133 φωτόνια Χ ανά εικονοστοιχείο και μπάντα κάτω από τα 2 keV. Αυτά θα αρκούν για τον προσδιορισμό σημαντικών ορίων στις αφθονίες των χημικών στοιχείων σε κλίμακες μέχρι 10 μέτρα.

TAGSAM

Το σύστημα συλλογής και μεταφοράς δειγμάτων, που αποκαλείται Μηχανισμός Συλλογής Δείγματος «Άγγιξε και Φύγε» (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism, TAGSAM), αποτελείται από μία κεφαλή δειγματολήπτη και έναν ρομποτικό βραχίονα 3,35 μέτρων με μία άρθρωση. Μία πηγή αζώτου θα φυσήξει το αέριο μέχρι και τρεις φορές (σε τρεις διαφορετικές απόπειρες συλλογής) για τη συλλογή μιας ελάχιστης ολικής ποσότητας δείγματος 60 γραμμαρίων. Οι παλέτες επαφής θα συλλέξουν επίσης μικρούς κόκκους υλικού.
Ο σχεδιασμός περιλαμβάνει την αργή προσέγγιση του εδάφους, με ταχύτητα 20 εκατοστών το δευτερόλεπτο και με ακρίβεια επιλογής τοποθεσίας 25 μέτρων, τη λήψη του δείγματος σε λιγότερο από 5 δευτερόλεπτα και την επαλήθευση της συλλογής του υλικού μέσω της μεταβολής της αδράνειας του σκάφους. Η κεφαλή του δειγματολήπτη θα αποθηκευθεί στην Κάψουλα Επιστροφής Δείγματος (SRC) και θα μεταφερθεί στη Γη.