Una nave espacial de la NASA está a punto de recoger algunos escombros de asteroides

Una ilustración de cómo podría verse la maniobra OSIRIS-REx TAGSAM cuando la nave espacial desciende a Bennu para recolectar una muestra. NASA/Goddard/Universidad de Arizona

Desde diciembre de 2018, la nave espacial OSIRIS-REx ha estado orbitando el asteroide Bennu y tratando de averiguar más sobre su química y geología. Y por una buena razón: Bennu es una cápsula del tiempo, dice Thomas Zurbuchen, director de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. Ha estado ahí fuera durante 4.500 millones de años y lleva consigo la historia de ese entorno.

Si estudiamos a Bennu de 1.640 metros de largo y otros asteroides similares en detalle, potencialmente podemos desentrañar cómo se unen los ingredientes que conducen a la formación de planetas como la Tierra y, eventualmente, la vida. Ahora viene lo difícil: conseguir una muestra.

OSIRIS-REx ya ha valido la pena hasta cierto punto. En menos de dos años hemos confirmado que Bennu es rico en minerales orgánicos e hidratados. Lo hemos aprendido probablemente alguna vez tuvo enormes ríos de agua fluyendo a través de su interior . Hemos visto que es un asteroide activo: pierde masa a través de la expulsión de escombros . También hemos aprendido, contrariamente a nuestras creencias iniciales, que la superficie del asteroide no está cubierta de granos finos como una playa de arena, sino que está cubierta de rocas. Es áspero, rocoso y escarpado.

Pero todas estas revelaciones palidecen en comparación con lo que podríamos aprender si pudiéramos obtener algunas muestras de Bennu aquí para que los científicos las estudien en el laboratorio. Ese es precisamente el objetivo el 20 de octubre, cuando OSIRIS-REx descenderá hacia la superficie del asteroide e intentará recoger algunos escombros y polvo de la superficie. Será una de las cosas más difíciles que la NASA jamás haya intentado, y se llevará a cabo durante 4.5 horas tensas a más de 200 millones de millas de la Tierra. Luego tiene que traer la muestra de manera segura en el transcurso de los próximos tres años.

Es posible que las devoluciones de muestras de asteroides ya le suenen familiares: la misión Hayabusa 2 de Japón recopiló material del asteroide Ryugu y lo traerá de regreso este diciembre. Pero a diferencia de Hayabusa 2, que utilizó balas espaciales de alta velocidad para recuperar estas muestras , OSIRIS-REx utilizará lo que podría describirse como una aspiradora inversa.

Se llama TAGSAM, abreviatura de mecanismo de adquisición de muestras táctil y listo. Es un brazo de 11 pies de largo con un cabezal de recolección instalado en el extremo. A medida que la cabeza se acerca al asteroide, dispara gas nitrógeno a la superficie en un esfuerzo por remover material hacia la cabeza de recolección, idealmente cualquier partícula que tenga dos centímetros o menos. Según Olivia Billett, líder científica de la misión en Lockheed Martin, es un concepto completamente nuevo para la recolección de muestras extraterrestres. La cabeza TAGSAM fue diseñada por un ingeniero de Lockheed Martin en su garaje, solo trabajando con una lata de aire comprimido y un vaso de plástico, dice ella.

El muestreador se diseñó inicialmente para una playa espacial arenosa con un área de 165 pies. Como sabemos ahora, nada de eso existe en Bennu. Entonces, en cambio, el equipo ahora se ha decidido por Nightingale, un sitio de 52 pies de diámetro ubicado dentro de un cráter que se cree que está bien conservado. Hay cantos rodados del tamaño de edificios que rodean el sitio y muchas otras rocas grandes que podrían interrumpir la recolección de muestras o destrozar por completo el brazo TAGSAM. Pero aún ofrece la mejor oportunidad para una colección segura de material significativo.

También se desarrollaron un par de capacidades nuevas para tratar de mantener la sonda segura durante el procedimiento. Una era rechazar un sistema impreciso de navegación y guía basado en lidar en favor de seguimiento de características naturales (NFT), en el que una cámara óptica toma continuamente imágenes de la superficie a lo largo del procedimiento TAGSAM de 4,5 horas y las procesa para actualizar la estimación de la trayectoria de la nave espacial. Según Billett, esta es la primera vez que NFT se utiliza como parte de una misión espacial. Dado que las comunicaciones tardan más de 18 minutos en ir en una dirección entre la Tierra y OSIRIS-REx, el control autónomo será fundamental para ajustar las maniobras sobre la marcha.

Así es como funcionará la colección de muestras:

En la preparación de

El equipo de OSIRIS-REx ha pasado semanas ingresando todas las indicaciones de comando adecuadas para maniobrar minuciosamente la nave espacial de modo que para el 20 de octubre esté exactamente en el lugar correcto para comenzar el proceso de recolección de muestras.

2500 pies sobre la superficie: 4,5 horas desde el aterrizaje

La nave espacial comienza una maniobra para salir de la órbita y transitar hacia Nightingale. Poco después de dejar la órbita, el brazo TAGSAM se despliega, la nave espacial gira hacia la orientación adecuada y la cámara de navegación que habilita el sistema NFT se redirige hacia la superficie de Bennu. Desde aquí, el NFT trabajará para determinar constantemente la posición de OSIRIS-REx y garantizar su seguridad en relación con un mapa de peligros en la superficie.

410 pies: 20 minutos desde el aterrizaje

Los paneles solares de la nave espacial se pliegan en una posición de ala en Y. OSIRIS-REx enciende sus propulsores para realizar un encendido de punto de control, lo que garantiza que la nave espacial se dirija hacia Nightingale.

177 pies: 10 minutos desde el aterrizaje

Los propulsores disparan de nuevo para que el punto de coincidencia se queme para igualar la velocidad de la nave espacial con la rotación del asteroide. Esto establece el contacto y la velocidad precisos para el aterrizaje, y la nave espacial se encuentra esencialmente en un descenso de caída libre hacia la superficie.

16 pies

Este es el punto de referencia final antes de que ocurra la recolección real de la muestra. Si el NFT cree que el brazo TAGSAM está descendiendo sobre algo peligroso marcado por el mapa de peligro, ejecutará automáticamente una quema de aborto que mueve la nave espacial hacia arriba y lejos de la superficie. Billett dice que hay un 5,8% de posibilidades de que esto suceda. De lo contrario, sigue bajando.

Aterrizaje

TAGSAM hará un contacto breve y muy suave con la superficie durante cinco a 10 segundos. Durante ese tiempo, la botella de gas nitrógeno se enciende y comienza la recolección de muestras. Una vez que termine, los propulsores se dispararán nuevamente y la nave espacial se dirigirá a una distancia segura del asteroide.

Una animación de la colección de muestras de TAGSAM en el entorno de baja gravedad de Bennu.

las secuelas

El objetivo es que el cabezal TAGSAM recoja al menos 60 gramos de material (aunque potencialmente podría adquirir hasta dos kilogramos). El equipo realizará una serie de experimentos durante la próxima semana para verificar si esto se ha logrado. Comenzará con evidencia visual de la cabeza TAGSAM de una de las cámaras a bordo. Luego, el equipo medirá la masa de la muestra dentro de la cabeza TAGSAM. Realmente no puedes pesar cosas en el campo de microgravedad de Bennu (una millonésima parte de la gravedad en la superficie de la Tierra), por lo que esto se centrará en observar el giro de la nave espacial (que debería cambiar con la masa añadida). Si el equipo cree que se ha recolectado una muestra suficiente, se guardará en la cápsula de retorno de muestras.

Pero en realidad hay un 30% de posibilidades de que OSIRIS-REx no pueda recoger suficiente material. TAGSAM dispone de dos botellas de gas nitrógeno más para dos intentos de recogida más. Debido a que Nightingale ya habrá sido perturbado por el primer aterrizaje, lo más probable es que ocurra un segundo intento en enero en un sitio llamado Osprey. Eso significa que potencialmente podríamos obtener muestras de dos sitios diferentes en Bennu, y dependería de los investigadores en la Tierra desenredar todo y descubrir qué se originó y dónde.

Eso puede parecer una molestia, pero sería un pequeño precio a pagar para obtener algunos escombros de una roca a 200 millones de millas de distancia. De cualquier manera, OSIRIS-REx estaría programado para salir de Bennu más adelante en 2021 y entregar las muestras recolectadas de regreso a casa el 24 de septiembre de 2023.

Corrección 10/14: la versión inicial de la historia decía que NFT fue desarrollado por Lockheed Martin para el Ejército de EE. UU. NFT se desarrolló como parte de la investigación y el desarrollo internos de la empresa, no para el ejército de EE. UU.

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