OSIRIS-REx nimmt Proben vom Asteroiden Bennu

Die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx nähert sich dem Asteroiden Bennu (künstlerische Darstellung). (Credits: NASA / Goddard / University of Arizona)
Die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx nähert sich dem Asteroiden Bennu (künstlerische Darstellung). (Credits: NASA / Goddard / University of Arizona)

Die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer) berührte heute vorsichtig einen Asteroiden, um Staub und Steine für den Rücktransport zur Erde im Jahr 2023 zu sammeln.

Dieser gut erhaltene, alte Asteroid namens Bennu ist momentan mehr als 321 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Bennu bietet Wissenschaftlern Einblicke in das junge Sonnensystem, als es vor Milliarden Jahren gerade entstand und Bestandteile enthielt, die bei der Entstehung des Lebens auf der Erde geholfen haben könnten. Wenn die Probenentnahme genug Material gewinnen konnte, werden die Missionsteams die Raumsonde dazu veranlassen, mit dem Verstauen der wertvollen, unberührten Fracht zu beginnen. Ihre Reise zurück zur Erde wird im März 2021 beginnen. Anderenfalls werden sie im Januar 2021 einen neuen Versuch zur Probenentnahme starten.

“Diese erstaunliche Premiere für die NASA demonstriert, wie ein unglaubliches Team aus dem ganzen Land zusammenkam und die großen Herausforderungen meisterte, um die Grenzen des Wissens zu erweitern”, sagte der NASA-Administrator Jim Bridenstine. “Unsere industriellen und akademischen Partner sowie unsere internationalen Partner haben es ermöglicht, ein Teil des ältesten Sonnensystems in unseren Händen zu halten.”

Um 01:50 Uhr Eastern Daylight Time zündete OSIRIS-REx ihre Triebwerke, um die Umlaufbahn um Bennu zu verlassen. Sie fuhr den 3,35 Meter langen, aus drei Gelenken bestehenden Probenarm aus (den sogenannten Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM)), und bewegte sich an Bennu vorbei, während sie etwa 805 Meter weit auf Bennu zuflog. Nach einer vierstündigen Annäherungsphase führte die Raumsonde in einer Höhe von rund 125 Metern die Checkpoint-Zündung aus – das erste von zwei Manövern, die ihr das präzise Anfliegen des Gebietes namens Nightingale ermöglichten.

Zehn Minuten später startete die Raumsonde ihre Triebwerke für die zweite Matchpoint-Zündung, um ihre Annäherung zu verlangsamen und sich der Rotation des Asteroiden zum Kontaktzeitpunkt anzupassen. Dann folgte ein tückischer, zehnminütiger Gleitflug entlang eines Felsens von der Größe eines zweistöckigen Gebäudes namens Mount Doom, um eine freie Stelle in einem Krater auf Bennus nördlicher Hemisphäre zu berühren. Nightingale hat die Größe eines kleinen Parkplatzes und ist einer der wenigen relativ freien Orte auf diesem unerwartet stark von Felsen bedeckten Asteroiden.

“Das war eine unglaubliche Leistung – und heute haben wir sowohl die Wissenschaft als auch das Ingenieurswesen und unsere Aussichten für zukünftige Missionen zur Untersuchung dieser rätselhaften Geschichtenerzähler des Sonnensystems vorangebracht”, sagte Thomas Zurbuchen, der Associate Administrator des Science Mission Directorate am Hauptquartier der Agentur in Washington. “Ein Stück unberührtes Gestein, das die gesamte Geschichte unseres Sonnensystems gesehen hat, könnte jetzt bereit sein, um nach Hause zu kommen und Grundlage für Generationen an wissenschaftlichen Entdeckungen sein. Wir können es nicht erwarten zu sehen, was als nächstes kommt.”

Diese Bilder zeigen den Sammelkopf des Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM) der Raumsonde OSIRIS-REx. Die Bilder entstanden am 14. November 2018 im Rahmen einer visuellen Prüfung des Systems. (Credits: NASA / Goddard / University of Arizona)
Diese Bilder zeigen den Sammelkopf des Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM) der Raumsonde OSIRIS-REx. Die Bilder entstanden am 14. November 2018 im Rahmen einer visuellen Prüfung des Systems. (Credits: NASA / Goddard / University of Arizona)

“Nach einem Jahrzehnt der Planung freut sich das Team überschwänglich über den Erfolg des heutigen Versuchs”, sagte Dante Lauretta, der leitende Wissenschaftler der OSIRIS-REx Mission von der University of Arizona in Tucson. “Auch wenn wir noch etwas Arbeit vor uns haben, um das Ergebnis des Versuchs zu bestimmen, sind der erfolgreiche Kontakt, das Abfeuern des Gases durch den TAGSAM-Arm und der Start von Bennus Oberfläche wichtige Leistungen für das Team. Ich freue mich darauf, die Daten zu analysieren und die Masse der gesammelten Probe zu bestimmen.”

Die Telemetrie der Raumsonde spricht dafür, dass die Probenentnahme wie erwartet ausgeführt wurde. Allerdings wird das Team etwa eine Woche brauchen, um zu bestätigen, wie groß die von der Raumsonde gesammelte Probe ist.

Die Echtzeitdaten deuten darauf hin, dass der TAGSAM-Arm erfolgreich die Oberfläche berührte und Stickstoffgas abfeuerte. Das Gas sollte Staub und Steine auf Bennus Oberfläche aufgewirbelt haben, wovon einiges im Probenbehälter des TAGSAM-Arms eingefangen worden sein sollte. Die Ingenieure des OSIRIS-REx Teams bestätigten auch, dass die Raumsonde kurz nach dem Kontakt mit der Oberfläche ihre Triebwerke zündete und sich sicher wieder von Bennu entfernte.

“Das heutige Probenentnahme-Manöver war historisch”, sagte Lori Glaze, die Direktorin der Planetary Science Division am Hauptquartier in Washington. “Die Tatsache, dass wir sicher und erfolgreich die Oberfläche Bennus berührten, und all die anderen Meilensteine, die diese Mission bereits erreicht hat, sind ein Beleg für den Forschergeist, der weiterhin die Geheimnisse des Sonnensystems entschlüsselt.”

“Es ist schwer in Worte zu fassen, wie aufregend es war, die Bestätigung zu erhalten, dass die Raumsonde erfolgreich die Oberfläche berührt und eine der Gasflaschen abgefeuert hat”, sagte Michael Moreau, der stellvertretende Projektmanager von OSIRIS-Rex am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). “Das Team kann nicht abwarten, die Bilder der Probenentnahme zu bekommen und zu sehen, wie die Oberfläche Bennus darauf reagiert hat.”

Die Raumsonde führte die Probenentnahme autonom durch, mit vorprogrammierten Befehlen von Ingenieuren auf der Erde. Jetzt wird das OSIRIS-REx Team beginnen festzustellen, ob die Raumsonde Material gesammelt hat und falls ja wie viel: Das Ziel besteht darin, mindestens 60 Gramm zu sammeln, was etwa der Masse eines Schokoriegels entspricht.

Ingenieure und Wissenschaftler der OSIRIS-REx Mission werden mehrere Techniken verwenden, um die Probe aus der Ferne zu identifizieren und zu messen. Zunächst werden sie Bilder der Entnahmestelle Nightingale vor und nach dem Ereignis vergleichen, um zu sehen, wie viel Oberflächenmaterial sich infolge des Gasausbruchs bewegt hat.

“Unseren ersten Hinweis darauf, ob wir bei der Probensammlung erfolgreich waren, werden wir am 21. Oktober 2020 erhalten, wenn wir das Video herunterladen, wie sich die Sonde wieder von dem Asteroiden entfernt”, sagte Moreau. “Wenn die Probenentnahme eine deutliche Störung auf der Oberfläche hervorrief, haben wir wahrscheinlich eine Menge Material gesammelt.”

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Video-Link: https://youtu.be/NjlGYHJ2560


Als nächstes wird das Team versuchen, die Menge der gesammelten Probe festzustellen. Eine Methode umfasst Bilder des TAGSAM-Arms von einer Kamera, die als SamCam bezeichnet wird. Sie soll den Probenentnahmeprozess dokumentieren und bestimmen, ob Staub und Steine in den Sammelkopf gelangt sind. Ein indirekter Hinweis wird die an dem Sammelkopf vorhandene Staubmenge sein. Die Ingenieure werden auch versuchen Bilder zu machen, die unter den richtigen Lichtverhältnissen das Innere des Kopfes zeigen könnten, so dass sie darin nach Belegen für eine Probe suchen können.

Ein paar Tage nachdem die Bilder der SamCam analysiert sind, wird die Raumsonde eine andere Methode versuchen, um die Masse der gesammelten Probe zu messen, indem sie die Veränderung des Trägheitsmoments der Sonde bestimmt. Das ist ein Parameter, der beschreibt, wie die Masse verteilt ist und wie sie die Rotation des Körpers um eine zentrale Achse verändert. Bei diesem Manöver wird der TAGSAM-Arm zur Seite ausgefahren und die Raumsonde senkrecht dazu in Rotation versetzt. Das ist vergleichbar mit einer sich drehenden Person, die ein Seil mit einer Kugel am Ende hält. Die Person kann die Masse der Kugel aufgrund der Reibung an dem Seil spüren. Die Ingenieure führten dieses Manöver vor der Probenentnahme durch und können jetzt danach die Massenveränderung des Sammelkopfes infolge der darin enthaltenen Probe messen.

“Wir werden die Kombination von Daten der Probenentnahme und die Bilder davor sowie von Massenbestimmungen nutzen, um sicherzustellen, dass wir mindestens 60 Gramm Proben gesammelt haben”, sagte Rich Burns, Projektmanager von OSIRIS-REx am Goddard Space Flight Center. “Wenn wir sicher sind, werden wir uns entscheiden, die Probe am 30. Oktober 2020 zu verstauen.”

Um die Probe zu verstauen, werden Ingenieure den Roboterarm so steuern, dass er den Sammelkopf in die Sample Return Capsule (SRC) platziert, welche sich im Innern der Raumsonde befindet. Der Arm wird dann zum letzten Mal an die Seite der Sonde gefahren, die SRC wird geschlossen, und die Raumsonde wird sich auf ihre Abreise von Bennu im März 2021 vorbereiten. Das ist der Zeitpunkt, an dem sich Bennu das nächste Mal günstig zur Erde befinden wird, so dass der Rückflug möglichst wenig Treibstoff verbraucht.

Falls sich jedoch herausstellen sollte, dass die Raumsonde bei der Probenentnahme von Nightingale nicht genug Material gesammelt hat, wird sie am 12. Januar 2021 ein neues Probenentnahme-Manöver ausführen. Wenn das der Fall ist, wird sie den Ersatzort namens Osprey ansteuern, eine andere relativ felsenfreie Stelle innerhalb eines Kraters nahe Bennus Äquator.

OSIRIS-REx startete am 8. September 2016 von der Cape Canaveral Air Force Station. Sie erreichte Bennu am 3. Dezember 2018 und begann mit der Umkreisung des Asteroiden erstmals am 31. Dezember 2018. Die Raumsonde soll am 24. September 2023 zur Erde zurückkehren, wobei sie die SRC mittels Fallschirm in der Wüste im Westen Utahs absetzen wird, wo Wissenschaftler darauf warten werden, sie einzusammeln.

Das Goddard Space Flight Center übernimmt das Management, die Systemfunktionen, die Sicherheit und die Gewährleistung der Mission. Dante Lauretta von der University of Arizona in Tucson ist der leitende Wissenschaftler, und die University of Arizona leitet auch das Wissenschaftsteam und die Beobachtungsplanung sowie die Datenverarbeitung der Mission. Lockheed Martin Space in Denver baute die Raumsonde und steuert die Flugoperationen. Das Goddard Space Flight Center und KinetX Aerospace sind verantwortlich für die Navigation der Raumsonde. OSIRIS-REx ist die dritte Mission des NASA New Frontiers Program, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) für das Science Mission Directorate der Agentur in Washington betrieben wird.

Quelle

(THK)

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