贝努的样本泄露到太空中?冥王号已成功完成样

这张动图含有3幅图像,由NASA冥王号上的采样相机(SamCam)在2020年10月22日所拍摄,展示了冥王号的采样器中满是从小行星贝努表面收集来的岩石和尘埃。从这张动图中我们还能看到,有一部分行星样品正缓慢地从采样器溢出到太空中。冥王号团队的分析表明,采样器的聚酯薄膜封口被楔出了一个开口,内部的少量样品正通过开口处的小间隙泄漏到太空中。聚酯薄膜封口(图中环状内侧左边的黑色凸起部位)的作用是将收集的样品材料封在采样器内部,而图中未密封的区域似乎是由某些采样时没能完全穿过封口的较岩石引起的。根据已有的图像,研究团队怀疑采样器内部装有大量小行星样品,并且正在尽快采取行动对这些样品进行存储。
图片来源:NASA

10月20日星期二(本文中时间均为美国东部时间),美国航空航天局(NASA)的冥王号(Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer,太阳起源光谱解析、资源识别安全保障、小行星风化层探索者,缩写OSIRIS-REx)触到了小行星贝努(Bennu),在此两天后,任务团队收到的图像表明,冥王号收集到的样品量远远超越了任务的要求:2盎司(60克)的小行星表面物质

样品收集器的头部移动着通过几个不同的位置时,冥王号对其进行了拍照。在查看这些图像时,冥王号的任务团队注意到采样器头部似乎被小行星颗粒挤得满满的,而且其中一些颗粒好像正在缓慢地从样品收集器中溢出,所用的是即取即走式样品采集方法(Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism,TAGSAM)。研究团队怀疑,采样器的盖子(一种聚酯薄膜封口)被较大的岩石样品楔开了一个口子,样品材料的碎片正在通过开口处的小缝隙漏入太空。

“贝努出色的科学奥秘持续给我们带来惊喜,当然也抛来了一些意料之外的问题,”NASA位于华盛顿总部的科学副主任托马斯·齐布亨(Thomas Zurbuchen)说,“虽说我们可能需要尽快地采取行动来存储这些样品,但其实这也并不算是一个负面的问题。我们很高兴能看到收集上来了超乎想象的丰富样品,在这个历史性时刻之后的数十年间,它都将为科学研究带来灵感。”

在样品收集事件后,冥王号的研究团队比较了10月22日TAGSAM头部的图像与空采样器的头部,认为它已经收集到了足够多的样品,并且决定尽快安排对这些样品进行存储。

冥王号成功接触小行星贝努表面。
视频来源:NASA戈达德航天飞行中心

图像还显示,冥王号和TAGSAM仪器的任何移动都可能导致样品的进一步损失。为了尽可能保留采样器中剩余的样品材料,任务团队决定放弃原定于10月24日星期六进行的样品质量测量任务,并取消了原定于10月23日进行的制动点火,以最大程度地降低冥王号的运行加速度。

从10月24日开始,冥王号任务团队专注于将样品存放在样品返回舱(Sample Return Capsule,SRC)中,在此过程中,所有松散不受束缚的样品材料都将处于安稳的状态,随着探测器一同返回地球

“我们正在努力保持自己当下所取得的成功,而我的工作则是尽可能多地让贝努的样品安全地返回,”图森市亚利桑那大学(University of Arizona)冥王号的首席研究员丹蒂·劳雷塔(Dante Lauretta)说道,“我很在意样品的质量损失,因此我强烈建议任务团队尽快存储这批宝贵的样品。”劳雷塔领导着冥王号任务团队,主管任务的科学观测计划和数据处理。

TAGSAM头部是在最佳的条件下执行的采样任务。最新的分析表明,在接触贝努小行星时,采样器的头部与贝努的表面紧紧地挨在了一起,同时点燃了氮气瓶对贝努表面的物质进行了搅动,它甚至还扎到了小行星表面物质几厘米深的地方。到目前为止的所有数据都表明,采样器的头部装有的风化层样品远远超过2盎司。

贝努的样本泄露到太空中?冥王号已成功完成样

在这张图片中,NASA的冥王号正在存储它在2020年10月20日从贝努小行星上收集来的样品。冥王号将使用TAGSAM机器臂将TAGSAM采样头放置到样品返回舱中。
图片来源:NASA /亚利桑那大学

不同于冥王号在整个任务程序中自动运行的其他操作,样品存储是分阶段进行的,并且需要任务团队的监督和操作。任务团队将向冥王号发送初步命令,启动样品存储程序,一旦探测器完成了程序中的每个步骤,它就会将遥测和图像发送给地球上的任务团队,等待团队人员的确认再继续进行下一个步骤。

目前,冥王号与地球间的距离超过2.05亿英里(3.3亿公里),两者之间的单程信号传播需要18分半多一点的时间,因此样品存储程序的每一步都需要花上大约37分钟的通信传输时间。在整个过程中,任务团队不断评估TAGSAM机器臂的对准情况,确保将采样头最终能正确地放置到样品返回舱(Sample Return Capsule,SRC)中。新的成像程序也已经添加到了这一过程中,用于观察从采样器头部逸出的样品材料,确保没有样品颗粒阻碍存储过程。

贝努的样本泄露到太空中?冥王号已成功完成样

在左图中,冥王号的TAGSAM机器臂将采样器头部移到了正确的捕获位置后,采样器头部悬停在样品返回舱上方;而在右图中,采样器头部被固定在样品返回舱中的捕获环上。这两张照片均由存储相机(StowCam)拍摄。
图片来源:NASA /戈达德/亚利桑那大学/洛克希德·马丁公司

10月28日星期三,任务团队向冥王号发送了命令,指示它关闭样品返回舱,这标志着任务中最具挑战性的其中一个阶段的结束。

“ 冥王号代表NASA和全世界所取得的成就,将我们的愿景提升到了我们作为团队和国家能共同实现的更高目标,”NASA局长吉姆·布里登斯坦(Jim Bridenstine)说道,“由产业界、学术界、国际合作伙伴以及才华横溢且多样化的NASA员工所组成的一支团队,利用他们在多领域的专业知识,让我们步入了正轨,大大增加了我们从太空中收集返回地球的样品。这些样品将改变我们对宇宙和自身的理解,这是NASA所有的努力与尝试的基础。”

任务团队从10月24日即开始为存储程序作准备,真正的执行则花费了团队整整两天连轴转的努力。存储相机(StowCam)拍下的存储程序图像显示,过程中有一些材料颗粒逸出到太空中,但是研究团队确信,大部分的材料仍保留在采样器头部之内。

“鉴于将采样器头部放置到捕获环上的过程颇为复杂,我们预计让它达到理想位置的操作将稍为费力一些,”NASA戈达德航天飞行中心(Goddard Space Flight Center)的冥王号项目主管里奇·伯恩斯(Rich Burns)说道,“幸运的是,在第一次尝试时就成功捕获了头部,这使我们能够迅速而有效地执行存储程序。”

到10月27日晚上,冥王号的TAGSAM机器臂已将采样器的头部置于样品返回舱中。第二天早上,冥王号团队通过执行“退出检查”,验证了采样器头部已完全固定在样品返回舱中,这一程序指示TAGSAM机器臂从舱中退出,收回到采样器头部上方并确保闩锁牢牢固定住了。

“我要感谢亚利桑那大学、NASA戈达德、洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)的冥王号团队及合作伙伴,还要尤为感谢NASA和喷气推进实验室JPL)的空间通讯与导航(SCaN)和深空网络(Deep Space Network)的工作人员,他们不懈地努力为我们提供所需的带宽,让我们能够提前实现这一里程碑,当然我们仍有很长的路要走。”托马斯·齐布亨说道,“对于NASA而言,我们真正做到了首次,而我们因贝努所取得的成就,将使我们受益长达数十年。”

10月28日下午,撤离检查完成后,任务团队向冥王号发送了命令,指示它将TAGSAM机器臂上的链接头部与机器臂的两个机械部件断开。冥王号首先切断了载有氮气的管道,然后将采样器头部与TAGSAM机器臂本身分开。

当天晚上,冥王号完成了样品存储过程的最后一步:关闭样品返回舱。为了密封样品返回舱,冥王号关上了盖子,然后固定了两个内部闩锁。截至10月28日晚间,贝努小行星的样品已安全存储,并准备返回地球。

“我非常感谢我们的团队如此努力,尽快对样品进行了存储,”丹蒂·劳雷塔表示,“现在,我们可以期待在地球上接收样品并打开样品返回舱了。”

冥王号团队现在将着力准备下一阶段的任务,也就是地球回程巡航(Earth Return Cruise)。回程的出发窗口期将于2021年3月打开,目标是在2023年9月24日将样品返回舱交付地球。

冥王号任务的总体管理、系统工程以及安全保证由NASA的戈达德航天飞行中心(Goddard Space Flight Center)负责,中心位于马里兰州格林贝尔特。图森市的亚利桑那大学领导着该任务的科学研究团队以及科学观测计划和数据处理过程。位于丹佛的洛克希德·马丁空间系统公司(Lockheed Martin Space Systems Company)制造了探测器,同时正在执行飞行运作。冥王号的导航由戈达德航天飞行中心和KinetX 航空航天公司(KinetX Aerospace)负责。奥西里斯号是NASA新疆界计划(New Frontiers Program)的第三项任务,该计划由位于阿拉巴马州汉茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心(Marshall Space Flight Center)管理,由NASA华盛顿科学任务理事会(Science Mission Directorate)负责。

参考来源:

[1] https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-osiris-rex-spacecraft-collects-significant-amount-of-asteroid
[2] https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-osiris-rex-spacecraft-goes-for-early-stow-of-asteroid-sample
[3] https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-osiris-rex-successfully-stows-sample-of-asteroid-bennu
[4] https://www.youtube.com/watch?v=xj0O-fLSV7c

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