告别Bennu:美国宇航局的OSIRIS-REx宇宙飞船启动引擎,带着小行星样本向地球进发

美国宇航局的OSIRIS REx小行星样本返回任务

美国国家航空航天局的奥西里斯雷克斯火星样本回报任务。信用:美国宇航局的戈达德太空飞行中心

在太空待了近五年之后,美国国家航空航天局成因、光谱解释、资源识别、安全、风化层勘探(OSIRIS-REx)的宇宙飞船正带着来自近地小行星“Bennu”的大量岩石和尘埃返回地球。

5月10日,星期一,美国东部时间下午4点23分,飞船的主引擎全速运转了7分钟,这是自2018年抵达Bennu以来最重要的机动。这一燃烧力推动宇宙飞船以600英里每小时(近1000公里每小时)的速度远离小行星,使其开始为期2.5年的地球之旅。

在释放样本胶囊后,OSIRIS-REx将完成它的主要任务。它将启动引擎安全飞过地球,使其在轨道上绕太阳飞行金星的轨道。

在环绕太阳两圈后,“OSIRIS-REx”宇宙飞船将于2023年9月24日抵达地球。返回后,装有“Bennu”碎片的太空舱将与飞船的其他部分分离,进入地球大气层。太空舱将降落到犹他州西部沙漠的犹他州测试和训练基地,科学家们将在那里等待回收它。

“OSIRIS-REx的许多成就证明了探索实时展开的大胆和创新方式,”NASA总部科学副局长Thomas Zurbuchen说。“该团队接受了挑战,现在我们将太阳系的一块原始碎片带回了地球,在那里,许多代研究人员可以解开它的秘密。”

为了实现这项多年计划,十几名导航工程师进行了计算,并编写了计算机代码来指导飞船何时以及如何将自己推离“Bennu”。离开Bennu后,将样本安全带回地球是该团队的下一个关键目标。这包括计划未来的机动,以保持飞船在其整个旅程的轨道上。

“我们的心态一直是,‘相对于Bennu,我们在太空中的位置在哪里?’”said Mike Moreau, OSIRIS-REx deputy project manager at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “Now our mindset has shifted to ‘Where is the spacecraft in relation to Earth?’”

4月9日,帮助定位飞船相对于“Bennu”的导航摄像机被关闭拍下他们最后的照片小行星。与Bennu在后视镜中,工程师正在使用NASA的全球航天器通信设施的深空网络来通过发送IT无线电信号来转向Osiris-rex。通过测量从航天器转发器返回的波的频率,工程师可以说明osiris-rex如何移动。工程师测量无线电信号从航天器返回地球需要多长时间以确定其位置。

超出任务预期

5月10日的启程日期是根据“本努”与地球的对齐而确定的。此次返航的目标是在2023年9月将航天器送到距离地球约6000英里(约10000公里)的范围内。虽然“OSIRIS-REx”仍然有大量的燃料剩余,但该团队正在努力尽可能地保存更多的燃料,以便在将样品舱返回地球后,进行对另一颗小行星的潜在扩展任务。该小组将在今年夏天调查这一任务的可行性。

航天器的轨道将主要由太阳引力决定,但工程师偶尔需要通过发动机燃烧对轨道进行小的调整。

“我们需要做定期修正,使轨道越来越接近地球的大气层,为样品释放,并解释小错误,可能积累自最后一次燃烧,”彼得安特里西亚说,OSIRIS-REx导航领导KinetX航空航天,总部在西米谷,加利福尼亚州。

该团队将在返回地球前的几周内进行航向调整,以精确定位样品舱释放到地球大气层的位置和角度。飞得太低可能会导致太空舱跳出大气层,就像一颗小石子从湖里蹦出一样;太高,太空舱可能会由于摩擦和来自大气的热量而燃烧。如果“OSIRIS-REx”未能释放太空舱,该团队有一个备用计划,让它偏离地球,并在2025年再次尝试。

莫罗说:“对于离开,球队内部有很多情绪。“我认为每个人都有一种成就感,因为我们面对所有这些艰巨的任务,并能够完成抛给我们的所有目标。但也有一些怀旧和失望,这部分任务即将结束。”

奥西里斯-雷克斯超出了许多人的预期。最近,在全球大流行期间,该小组完美地执行了最重要的任务,收集超过2盎司(60克)的土壤)的表面。

在样本采集之前,一系列的意外让团队保持警觉。例如,飞船发射一周后进入了围绕Bennu的第一个轨道2018年12月31日,该团队意识到这颗小行星正在向太空释放小块岩石。

莫罗说:“我们必须尽快确认从月球表面喷射出来的小颗粒不会对航天器造成危害。”

到达小行星后,团队成员还惊讶地发现“Bennu”上布满了巨石。

图森亚利桑那大学的奥西里斯-雷克斯副首席研究员希瑟·伊诺斯说:“我们确实有这样的想法,即我们将到达一颗具有开放地带的小行星。”“现实非常令人震惊。”

为了克服“Bennu”表面的极端和意想不到的坚固性,工程师们不得不迅速开发出一种更精确的导航技术,以瞄准比预期更小的样本收集地点。

奥西里斯-雷克斯任务在证实和驳斥一些科学发现方面起到了重要作用。其中一项技术是利用地球上的观测结果来预测小行星上的矿物质富含碳展示古代水的迹象。一个被证明不成功的发现是,Bennu有一个光滑的表面,这是科学家通过测量其表面辐射的热量来预测的。

科学家们将利用从Bennu收集到的信息来完善理论模型,并改进未来的预测。

“这个任务强调了为什么我们必须以多种方式进行科学和探索——从地球和近距离的太空——因为假设和模型就是这样,”Enos说。

戈达德提供全面的任务管理,系统工程和奥西尔雷克斯的安全和任务保证。亚利桑那大学的Dante Lauretta Tucson,是主要的调查员。大学领导科学团队和特派团的科学观察计划和数据处理。洛克希德Martin Space在利特尔顿,科罗拉多州,建造了航天器并提供飞行运营。戈达德和Kinetx航空航天负责导航奥西里斯雷克斯航天器。Osiris-Rex是美国宇航局的新航空公司的第三任务,由美国宇航局的马歇尔太空飞行中心管理在阿拉巴马州的亨茨维尔,为代理商的科学使命董事会华盛顿。

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