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    NASA alla ricerca delle origini dei pianeti

    Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer è una missione spaziale sviluppata dalla NASA per l’esplorazione degli asteroidi nell’ambito del Programma New Frontiers per prelevare campioni di terreno dall’asteroide Bennu.

    di Neel V. Patel

    Da dicembre 2018, la sonda OSIRIS-REx sta orbitando attorno all’asteroide Bennu, nel tentativo di saperne di più sulla sua chimica e geologia. E per una buona ragione: “Bennu è una capsula del tempo”, dice Thomas Zurbuchen, il capo del Science Mission Directorate della NASA. “Esiste da 4,5 miliardi di anni e porta con sé la storia di quell’ambiente”. 

    Se studiamo in modo approfondito Bennu e altri asteroidi di 1.640 metri di lunghezza, possiamo potenzialmente svelare come gli ingredienti che portano alla formazione di pianeti come la Terra e, alla fine, la vita, si uniscono. Ora arriva la parte difficile: ottenere un campione. OSIRIS-REx ha già in parte dato i suoi frutti. In meno di due anni si è avuta la conferma che Bennu è ricco di sostanze organiche e minerali idratati. 

    Si è anche appreso che probabilmente una volta c’erano enormi fiumi d’acqua che scorrevano al suo interno e che l’asteroide è “attivo”, nel senso che perde massa a causa dell’espulsioni di detriti. Si è inoltre scoperto che, contrariamente alle credenze iniziali, la superficie dell’asteroide non è incrostata di grani fini come una spiaggia sabbiosa, ma piuttosto ricoperta di massi. 

    Ma tutte queste rivelazioni impallidiscono rispetto a ciò che potremmo imparare se fossimo in grado di ottenere alcuni campioni di Bennu da studiare in laboratorio. Questo è precisamente l’obiettivo del 20 ottobre, quando OSIRIS-REx si tufferà verso la superficie dell’asteroide e tenterà di raccogliere detriti e polvere dalla superficie. Sarà una delle operazioni più difficili che la NASA abbia mai tentato e avrà luogo in 4,5 ore, a più di 300 milioni di km dalla Terra. I campioni raccolti saranno riportati a Terra nel corso dei prossimi tre anni.

    La missione giapponese Hayabusa 2 ha già raccolto del materiale dall’asteroide Ryugu e lo riporterà a dicembre. Ma a differenza di Hayabusa 2, che ha utilizzato proiettili spaziali ad alta velocità per recuperare i campioni, OSIRIS-REx impiegherà quello che potrebbe essere descritto come un “aspirapolvere inverso”.

    Si chiama TAGSAM, abbreviazione di “meccanismo di acquisizione dei campioni touch-and-go”. È un braccio lungo 11 piedi con una “testa” di raccolta montata all’estremità. Quando la punta si avvicina all’asteroide, spara azoto sulla superficie nel tentativo di sollevare il materiale verso la testa di raccolta, aspirando idealmente qualsiasi particella di due centimetri o più piccola.

    Secondo Olivia Billett, responsabile scientifico della missione alla Lockheed Martin, si tratta di un concetto completamente nuovo per la raccolta di campioni extraterrestri. “La testa di TAGSAM è stata progettata da un ingegnere della Lockheed Martin nel suo garage, lavorando solo con una bomboletta di aria compressa e un bicchiere di plastica”, ella spiega. (Si veda video)

    Il campionatore è stato inizialmente progettato per una spiaggia sabbiosa con un’area di 50 metri. Come ora sappiamo, non esiste niente del genere su Bennu. Per questa ragione, le operazioni avverranno su Nightingale, un sito di 16 metri di diametro situato all’interno di un cratere che si pensa sia ben conservato. Ci sono massi delle dimensioni di edifici che circondano il sito e molte altre grandi rocce che potrebbero interrompere la raccolta del campione o distruggere completamente il braccio TAGSAM, ma il luogo offre ugualmente la migliore opportunità per una raccolta sicura di materiale significativo.

    Sono state inoltre sviluppate un paio di nuove funzionalità per cercare di mantenere la sonda al sicuro durante la procedura. Una è quella di eliminare un sistema di navigazione e guida impreciso basato sul lidar a favore del  natural feature tracking (NFT), vale a dire il tracciamento naturale delle caratteristiche, in cui una telecamera ottica scatta continuamente immagini della superficie durante la procedura di prelievo e le elabora per aggiornare la stima del traiettoria del veicolo spaziale. 

    Secondo Billett, questa è la prima volta che NFT viene utilizzato come parte di una missione spaziale. Poiché sono necessari più di 18 minuti affinché le comunicazioni intercorrano tra la Terra e OSIRIS-REx, il controllo autonomo sarà fondamentale per regolare le manovre al volo. 

    La fase di preparazione

    Il team di OSIRIS-REx ha trascorso settimane a inserire tutti i prompt dei comandi appropriati per manovrare meticolosamente il veicolo spaziale in modo che entro il 20 ottobre sarà esattamente nel posto giusto per iniziare il processo di raccolta dei campioni. 

    760 metri sopra la superficie – 4,5 ore per l’atterraggio

    La navicella inizia una manovra per lasciare l’orbita e scendere verso Nightingale. Poco dopo, il braccio TAGSAM viene schierato, il veicolo spaziale ruota nell’orientamento corretto e la telecamera di navigazione che abilita il sistema NFT viene reindirizzata verso la superficie di Bennu. Da qui, l’NFT lavorerà per determinare costantemente la posizione di OSIRIS-REx e garantirne la sicurezza rispetto a una mappa dei pericoli in superficie.

    125 metri: 20 minuti dall’atterraggio

    I pannelli solari del veicolo spaziale sono piegati in una posizione “Y-wing”. OSIRIS-REx aziona i suoi propulsori per eseguire un “checkpoint burn”, ossia un controllo finale che assicura che il veicolo spaziale si stia dirigendo verso Nightingale. 

    54 metri — 10 minuti dall’atterraggio

    I propulsori si attivano di nuovo per il “matchpoint burn” per far corrispondere la velocità della navicella con la rotazione dell’asteroide. Vengono impostati il contatto e la velocità precisi per il touchdown e la navicella si trova essenzialmente in una discesa in caduta libera sulla superficie. 

    5 metri

    Questo è il benchmark finale prima che si verifichi l’effettiva raccolta del campione. Se l’NFT pensa che il braccio TAGSAM stia scendendo su qualcosa di pericoloso segnalato dalla mappa dei rischi, eseguirà automaticamente uno spostamento in allontanamento dalla superficie. Billett dice che c’è una probabilità del 5,8 per cento che ciò accada. Altrimenti, continua a scendere. 

    Touchdown

    TAGSAM stabilirà un contatto breve e molto delicato con la superficie per 5-10 secondi. Durante questo periodo, la bombola di gas azoto si accende e la raccolta dei campioni ha inizio. Al termine, i propulsori si attiveranno di nuovo e la navicella si dirigerà a una distanza di sicurezza dall’asteroide. (Si veda il filmato)

    La fase successiva

    L’obiettivo è che la testa di TAGSAM raccolga almeno 60 grammi di materiale (sebbene possa potenzialmente acquisire fino a due chilogrammi). Il team eseguirà una serie di esperimenti nella settimana successiva per verificare se l’obiettivo è stato raggiunto. Inizierà con le prove visive della testa del TAGSAM da una delle telecamere di bordo. Quindi il team misurerà la massa del campione all’interno della testa del TAGSAM. 

    Non si possono fare misurazioni del peso nel campo di microgravità di Bennu (un milionesimo della gravità sulla superficie terrestre), quindi ci si concentrerà sull’osservazione della rotazione del veicolo spaziale, che dovrebbe cambiare con la massa aggiunta. Se il team ritiene che sia stato raccolto un campione sufficiente, verrà riposto nella capsula di ritorno del campione.

    Ma in realtà c’è una probabilità del 30 per cento che OSIRIS-REx non riesca a raccogliere abbastanza materiale. TAGSAM ha altre due bombole di gas azoto per altri due tentativi di raccolta. Poiché Nightingale sarà già stato modificato dal primo touchdown, molto probabilmente si verificherà un secondo tentativo a gennaio in un sito chiamato Osprey. Ciò significa che potremmo potenzialmente ottenere campioni da due diversi siti su Bennu e spetterebbe ai ricercatori sulla Terra districare tutto e capire cosa ha avuto origine da dove. 

    Potrebbe sembrare una seccatura, ma sarebbe un piccolo prezzo da pagare per ottenere delle macerie preziose da una roccia a 200 milioni di miglia di distanza. In ogni caso, OSIRIS-REx dovrebbe lasciare Bennu più tardi nel 2021 e portare a casa i campioni raccolti il 24 settembre 2023.

    (rp)

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