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OSIRIS-REX
Riepilogo

OSIRIS-REx cerca risposte alle domande fondamnetali dell'esistenza umana: da dove veniamo? Qual è il nostro destino?
Gli asteroidi, ovvero i residui del processo di formazione del Sistema Solare, possono rispondere a queste domande e insegnarci la storia del Sole e dei pianeti.
La sonda spaziale OSIRIS-REx è in viaggio verso Bennu, un asteroide carbonaceo la cui regolite può conservare elementi appartenenti all'inizio del nostro Sistema Solare. Bennu potrebbe conservare i precursori molecolari all'origine della vita e degli oceani della Terra. Bennu è anche uno degli asteroidi potenzialmente più pericolosi, in quanto ha una probabilità relativamente alta di colpire la Terra verso la fine del 22° secolo. OSIRIS-REx determinerà le proprietà fisiche e chimiche di Bennu, che sarà fondamentale conoscere in caso di una missione per il contenimento dell'impatto. Inoltre gli asteroidi come Bennu contengono risorse naturali come acqua, sostanze organiche e metalli preziosi. In futuro questi asteroidi potrebbero consentire di alimentare l'esplorazione del sistema solare con veicoli spaziali robotizzati e con equipaggio umano.
OSIRIS-REx è stato lanciato da Cape Canaveral, in Florida, su un razzo Atlas V 411 l'8 settembre 2016 alle 19:05 (EDT). Ha orbitato il sole per un anno, e poi il 22 settembre 2017, ha usato il campo gravitazionale terrestre per cambiare la sua traiettoria in modo da raggiungere Bennu. Nell'agosto 2018 è iniziato l'approccio di OSIRIS-REx a Bennu. Il veicolo spaziale ha usato una serie di piccoli propulsori di razzi per raggiungere la velocità di Bennu e si è incontrata con l'asteroide il 3 dicembre 2018.

Dopo l'arrivo la navicella spaziale ha iniziato un'indagine dettagliata dell'asteroide. Il processo durerà oltre un anno e includerà l'identificazione e la mappatura di potenziali siti di esempio. Sarà selezionato un sito finale e, nel luglio 2020, il veicolo spaziale toccherà brevemente la superficie di Bennu per recuperare un campione. Il braccio di campionamento entrerà in contatto con la superficie per circa cinque secondi durante i quali rilascerà un'esplosione di gas azoto. La procedura farà sì che le rocce e il materiale di superficie vengano agitati e catturati dalla bocca del campionatore. La navicella ha abbastanza azoto per consentire tre tentativi di campionamento così da raccogliere tra 60 e 2000 grammi (2-70 once).
Nel marzo 2021 si aprirà la finestra idea per la partenza dall'asteroide e OSIRIS-REx inizierà il suo viaggio di ritorno sulla Terra giungendo due anni e mezzo dopo, il 24 settembre 2023. La capsula di ritorno del campione si separerà dalla navicella spaziale ed entrerà nell'atmosfera terrestre. La capsula contenente il campione sarà raccolta presso la Utah Test and Training Range. Per due anni dopo il ritorno del campione (dalla fine del 2023-2025) il team scientifico catalogherà il campione e condurrà le analisi necessarie per raggiungere gli obiettivi della missione scientifica. La NASA conserverà almeno il 75% del campione presso il Johnson Space Flight Center della NASA a Houston per ulteriori ricerche da parte di scienziati di tutto il mondo, comprese le future generazioni di scienziati.
Le operazioni di asteroide per la missione OSIRIS-REx sono iniziate nell'agosto 2018, quando la navicella ha catturato la sua prima immagine di Bennu da una distanza di circa 1,2 milioni di miglia (due milioni di km), e proseguiranno fino al marzo del 2021 quando inizierà il suo viaggio di ritorno verso Terra. L'arrivo ufficiale della nave spaziale a Bennu è avvenuto il 3 dicembre 2018.

Le operazioni sugli asteroidi sono divise in nove fasi, ciascuna progettata specificamente per consentire al team di missione di svolgere la propria analisi dell'asteroide, imparare a spostare in sicurezza la navicella in microgravità e identificare il miglior sito di raccolta del campionecampione.

APPROCCIO
La fase di avvicinamento è iniziata il 17 agosto 2018 quando la navicella spaziale era ancora a circa 2 milioni di km da Bennu ed è proseguita sino all'arrivo dell'astronave sull'asteroide il 3 dicembre 2018. Gli obiettivi primari della fase di Approccio sono stati la prima localizzazione visiva di Bennu, l'ispezione dell'area circostante per evitare potenziali pericoli e la raccolta di un numero sufficiente di immagini di Bennu per gli scienziati affinchè potessero generare un modello di forma dettagliato dell'asteroide, assegandogli un sistema di coordinate e comprendendone lo stato di rotazione.
INDAGINE PRELIMINARE
La fase di indagine preliminare è iniziata con l'arrivo dell'astronave a Bennu il 3 dicembre 2018 con la prima volta che la navicella OSIRIS-REx ha operato attorno all'asteroide. La navicella ha effettuato un totale di cinque passaggi sul Polo Nord, sull'Equatore e sul Polo Sud a una distanza di 7,3 km. Gli obiettivi scientifici principali erano di stimare la massa di Bennu, perfezionare il modello della sua rotazione e generare un modello della forma globale con una risoluzione massima di 75 cm per pixel.
FASE ORBITALE A
Durante la fase Orbitale A la navicella spaziale è stata posizionata in un'orbita gravitazionale attorno a Bennu dal 31 dicembre 2018. Non erano previste indagini scientifiche poiché questa fase era stata progettata per fornire al team di missione un test di navigazione in prossimità di un piccolo corpo celeste. Il veicolo spaziale ha circondato Bennu a una distanza compresa tra gli 1,6 e 2,1 km viaggiando a circa 5 cm/s con orbita della durata di circa 61,4 ore. Grazie a questo è stato segnato il record del punto più vicino al quale una nave spaziale abbia mai orbitato attorno a un piccolo corpo. Durante questa fase il team di navigazione ha passato dalla navigazione basata sulla posizione delle stelle alla navigazione basata sui punti di riferimento della sonda stessa. L'utilizzo di punti di riferimento - come massi e crateri sulla superficie di Bennu - per determinare la posizione di OSIRIS-REx ha consentito al team di navigazione di manovrare il veicolo spaziale in modo molto preciso, fondamentale per le successive fasi della missione.
INDAGINE DETTAGLIATA: IL DIAMANTE
Lo studio approfondito di Bennu ha inizio con la fase indagine a diamante. OSIRIS-REx farà più passaggi intorno a Bennu per produrre un ampia gamma di angoli di visione necessari per osservare completamente l'asteroide. L'astronave utilizzerà anche il suo spettrometro OTES per mappare la composizione chimica dell'intera superficie di Bennu. Le immagini ottenute durante questa fase avranno una risoluzione sufficientemente elevata per produrre mappe del terreno digitali e mosaici di immagini globali per i siti di esempio proposti. Il terreno di Bennu sarà esaminato alla rinfusa e le sezioni saranno classificate come "sicure" o "non sicure", con i risultati visualizzati su una mappa di pericolosità.
Il nome della fase deriva sin dall'inizio della progettazione della missione quando le sezione che la navicella avrebbe dovuto attraversare erano disposte a forma del diamante del campo da baseball. Sebbene il design della missione si sia evoluto è stata mantenuta la denominazione orginale..
INDAGINE DETTAGLIATA: SEZIONI EQUATORIALI
Durante l'indagine dettagliata delle sezioni equatoriali la navicella riporterà le osservazioni scientifiche necessarie per aiutare il team a concentrarsi nella ricerca del luogo migliore dove raccogliere un campione di regolite. Per ottenere questi dati, il veicolo spaziale eseguirà una serie di sorvoli tra il Polo Nord e Sud di Bennu effettuando la scanzione di 7 diverse sezioni dell'equatore. Questi dati saranno studiati per comprendere la geologia di Bennu, inoltre il veicolo spaziale condurrà anche ricerche per pennacchi di polvere e gas.
L'ampia gamma di dati sviluppati durante questa fase sarà analizzata e combinata per produrre una mappa di valore di interesse per la ricerca scientifica, una mappatura dei siti sicuri e una mappa per la campionabilità. Alla fine delle indagini il team disporrà delle informazioni necessarie per selezionare fino a 12 siti di campioni candidati. Inoltre il team mapperà le proprietà globali dell'asteroide pianificando ulteriori indagini scientifiche per la missione.
FASE ORBITALE B
Alla fine delle indagini dettagliate il veicolo spaziale entrerà in un'orbita chiusa (con un raggio di 1 km) intorno a Bennu e inizierà la fase orbitale B e le attività scientifiche principali di questa fase sono la mappatura globale di Bennu, lo sviluppo di modelli di forma basati su dati OLA e l'esecuzione di un esperimento per la radioattività. Questi dati vengono utilizzati per valutare potenziali siti di campionamento secondo tre elementi chiave: sicurezza, campionabilità e valore scientifico. La fase orbitale B si concluderà con la riduzione della ricerca a un solo sito di campionamento e di un eventuale sito secondario.
RICOGNIZIONE
Durante la fase di ricognizione il veicolo spaziale effettuerà una serie di osservazioni di ricognizione a bassa quota dei due candidati al sito finale per la raccolta del campione. Queste osservazioni ottenute da un'altezza di 225 m dalla superficie, mostreranno oggetti sul terreno sino alle dimensioni minime di 2 cm. Le immagini di contesto dei siti saranno anche prese durante passaggi più alti a un'altezza di 525 m. Entrambi i siti saranno studiati a fondo in modo che il team possa immediatamente iniziare a pianificare la raccolta dei campioni, e se necessario, optare per la scelta del sito secondario.
PROVE
Poiché la raccolta dei campioni è un evento critico, la missione ha pianificato almeno due prove prima dell'esecuzione finale. Durante la prima prova OSIRIS-REx si eserciterà a lasciare la propria orbita, manovrando verso un punto predefinito situato a 125 m sopra il sito campione, e ritornando quindi in orbita. La seconda prova porterà l'astronave dall'orbita a una nuova punt posizione sopra al punto di campionamento per poi tornare in orbita. Durante ogni prova il veicolo spaziale raccoglierà e analizzerà i dati di tracciamento, le gamme LIDAR e le immagini OCAMS e TAGCAMS in modo che il team possa verificare le prestazioni del sistema di volo prima della vera e propria manovra di raccolta campioni.
TAG (TOUCH-AND-GO)
Quando sarà il momento OSIRIS-REx utilizzerà lo strumento TAGSAM (Touch-and-Go-Sample-Acquisition-Mechanism) per raccogliere un campione di regolite da Bennu. TAGSAM è un braccio articolato sul veicolo spaziale con una testa di campionamento rotonda all'estremità. Durante la manovra Touch-and-Go (TAG) la testina del campionatore sarà estesa verso Bennu e l'impulso della traiettoria verso il basso dell'astronave lo spingerà contro la superficie dell'asteroide per circa cinque secondi, giusto il tempo necessario per ottenere un campione. A contatto l'azoto gocciolerà sulla superficie per far evaporare polvere e piccoli ciottoli, che verranno poi catturati dalla bocca del TAGSAM.
Dopo che la navicella avrà acceso il propulsore per allontanarsi da Bennu il team della missione misurerà la quantità di campione raccolto facendo girare la navicella con il braccio TAGSAM ancora esteso. Quindi confronteranno il cambiamento nell'inerzia dell'astronave con una precedente rotazione a vuoto del TAGSAM per assicurarsi che sia stato raccolto un campione sufficiente. Il veicolo spaziale ha tre bombole di azoto a bordo, consentendo tre tentativi di campionamento. Una volta stabilito che la raccolta del campione ha successo, la testa del TAGSAM sarà posizionata nella capsula per il ritorno sulla Terra. Dopo il successo dello stivaggio il veicolo spaziale verrà alzato lentamente da Bennu sino a una quota di sicurezza dove rimarrà fino alla sua partenza nel marzo 2021 per la fase di ritorno della crociera sulla Terra.

ACRONIMO
OSIRIS-REx è un acronimo che incorpora i principali concetti e obiettivi della missione. Quando la missione fu definita per la prima volta, il Professor Dante Lauretta stava lavorando per selezionare le indagini scientifiche per una missione di ritorno campione di asteroidi. Mentre preparava un elenco di idee su cui si sarebbe potuto basare il piano scientifico, il Professor Lauretta si rese conto di aver composto la sigla OSIRIS-REx:
O - Origine
SI - Interpretazione dello Spettro (Spectral Interpretation) RI - Identificazione delle risorse (Resource Identification) S - Sicurezza REx - Esploratore della Regolite (Regolite Explorer)
Ritornare e analizzare un campione di un asteroide ricco di carbonio incontaminato per studiare la natura, la storia e la distribuzione dei suoi minerali e del materiale organico. Definire le proprietà globali di un asteroide ricco di carbonio primitivo per consentire un confronto diretto con i dati telescopici esistenti a terra per tutti gli asteroidi. Mappare le proprietà globali, la chimica, la mineralogia di un asteroide ricco di carbonio primitivo per definire la sua storia geologica e dinamica e fornire il contesto per il campione restituito. Misurare l'effetto Yarkovsky, ovvero la forza causata dall'emissione di calore da un asteroide rotante che può cambiare la sua orbita nel tempo, su un asteroide potenzialmente pericoloso e scoprire quali proprietà degli asteroidi contribuiscono a questo effetto. Documentare la trama, la morfologia, la geochimica e le proprietà spettrali della regolite nel sito di campionamento.

Specifiche Tecniche

OSIRIS-REx contiene cinque strumenti per esplorare Bennu, ognuno dei quali fornisce informazioni importanti per la missione. Questa suite di strumenti viene utilizzata per il telerilevamento o la scansione della superficie dell'asteroide. Questi mapperanno Bennu e stabiliranno ciò che costituisce l'asteroide, inclusa la distribuzione di elementi, minerali e materiale organico.

OCAMS
L'OSIRIS-REx Camera Suite (OCAMS) comprende tre videocamere: PolyCam, MapCam e SamCam. Queste telecamere "vedranno" l'asteroide Bennu mentre il veicolo spaziale si avvicina per la prima volta. OCAMS fornirà quindi una mappatura dell'immagine globale della superficie di Bennu e immagini più dettagliate dei potenziali siti di esempio. Infine OCAMS registrerà l'intero evento di campionamento durante la manovra touch-and-go (TAG).
In particolare:
  • PolyCam, un telescopio da 8 pollici, è il primo ad acquisire immagini dell'asteroide da 2 milioni di chilometri di distanza. Una volta che la navicella è più vicina, mostrerà Bennu ad alta risoluzione.
  • MapCam scansiona l'area intorno a Bennu alla ricerca di staellito e pennacchi. Mapperà l'asteroide in 4 colori diversi, aggiornerà il nostro modello dell'asteroide e fornirà immagini ad alta risoluzione del sito campione.
  • SamCam documenterà continuamente l'evento di acquisizione del campione e le manovra durante il TAG.
L'OCAMS è stato sviluppato dall'Università dell'Arizona. Il team di OCAMS è guidato da Bashar Rizk (Instrument Scientist, UA), Christian d'Aubigny (Deputy Instrument Scientist, UA) e Chuck Fellows (Instrument Manager, UA).
OLA
L'altimetro laser OSIRIS-REx (OLA) è un LIDAR di scansione (Rilevazione della luce e intervallo).
Il LIDAR è simile a un radar ma usa la luce invece delle onde radio per misurare la distanza. L'OLA emetterà impulsi laser sulla superficie di Bennu che saranno riflessi e restituiranno l'impulso laser al rivelatore LIDAR. Misurando attentamente la differenza di tempo tra l'impulso in uscita e l'impulso in entrata, la distanza della navicella spaziale e la superficie di Bennu potrà essere calcolata utilizzando la velocità della luce. Ciò consentirà a OLA di fornire informazioni topografiche ad alta risoluzione durante la missione. Le misurazioni di portata OLA supporteranno anche altri strumenti e analisi di navigazione e gravità. OLA è uno strumento fornito dall'Agenzia spaziale canadese. Il team scientifico OLA è un team integrato Canada / USA che comprende Alan Hildebrand (canadese PI, Università di Calgary), Michael Daly (vicepresidente canadese e Instrument Scientist, York University), Olivier Barnouin (US Instrument Scientist, Johns Hopkins University / APL) ) e Beau Bierhaus (US Instrument Instrumentistist, LM) con il supporto degli sviluppatori canadesi di strumenti MDA e Optech.
OTES
Lo spettrometro di emissione termica OSIRIS-REx (OTES) fornirà informazioni su minerali e temperature raccogliendo dati spettrali a infrarossi (da 5,71 a 100 μ m) di Bennu. Nell'infrarosso, la maggior parte dei minerali ha delle firme spettrali uniche che sono come le impronte digitali. Comprendendo quali minerali corrispondono a specifiche firme spettrali gli scienziati possono determinare i minerali presenti sulla superficie di Bennu. Inoltre l'energia termica emessa (o temperatura) a queste lunghezze d'onda può indicare al team scientifico le proprietà fisiche della superficie, come la dimensione media delle particelle. I dati termici di OTES consentiranno agli scienziati di determinare la composizione minerale e la distribuzione della temperatura di Bennu per le mappe globali e per le aree candidate al campionamento.
OTES è stato sviluppato dalla Arizona State University. Il team di OTES è guidato da Philip Christensen (Instrument Scientist, ASU), Victoria Hamilton (Deputy Instrument Scientist, SwRI) e Greg Mehall (Instrument Manager, ASU).
OVIRS
Lo spettrometro a infrarossi e visibile OSIRIS-REx (OVIRS) misurerà sia la luce visibile che quella infrarossa di Bennu.
OVIRS è sensibile dal blu al vicino infrarosso compreso tra 0,4 e 4,3 micron. OVIRS dividerà la luce ricevuta da Bennu nelle sue lunghezze d'onda componenti, proprio come un prisma può dividere la luce solare in un arcobaleno visibile. Poiché diverse sostanze chimiche hanno esclusive firme spettrali possono essere identificate in questo modo. OVIRS fornirà mappe spettrali che identificano il materiale minerale e organico a livello globale e dei siti di campioni candidati. Raccoglierà inoltre le informazioni spettrali sui siti candidati per il campionamento.
OVIRS è stato sviluppato dal Goddard Space Flight Center della NASA. Il team di OVIRS è guidato da Dennis Reuter (Instrument Scientist, GSFC), Amy Simon (Deputy Instrument Scientist, GSFC) e Jason Hair (Instrument Manager, GSFC).
REXIS
Lo Spettrometro a Raggi X della regolite (REXIS) determinerà quali elementi sono presenti e quanto sono abbondanti sulla superficie di Bennu. Questa capacità integrerà la mappatura minerale a bordo fornita da OVIRS e OTES. REXIS sfrutta il fatto che i raggi X solari e il vento solare interagiscono con la regolite sulla superficie di Bennu. Gli atomi di Bennu assorbiranno questi raggi X, facendoli diventare instabili ed emettendo a loro volta i propri raggi X. I raggi X riemessi hanno un'energia che è caratteristica dell'atomo da cui proviene. Questo processo è chiamato fluorescenza. REXIS è un telescopio che riproduce l'emissione della linea di fluorescenza a raggi X, consentendo la mappatura dei diversi elementi presenti sulla superficie di Bennu. Dopo una selezione accurata, REXIS è stata scelta come esperimento con la collaborazione degli studenti come parte della missione di OSIRIS-REx. REXIS è una collaborazione tra studenti e docenti del MIT e dell'Università di Harvard.

RACCOLTA E RESTITUZIONE DEL CAMPIONE
TAGSAM
Il meccanismo di acquisizione del campione Touch-And-Go (TAGSAM) è una testa di campionamento elegante e semplice con un braccio articolato. Quando la testa del campionatore entra in contatto con la superficie di Bennu, una raffica di azoto puro spinge la regolite superficiale nella camera del campionatore. I pannelli di contatto di superficie all'esterno del TAGSAM raccolgono anche materiale a grana fine mentre il raccoglitore di campioni tocca l'asteroide. TAGSAM ha tre bottiglie separate di gas, che consentono fino a tre tentativi di campionamento. Sebbene TAGSAM sia una nuova tecnologia, i test del vuoto e del micro-g della testa del campionatore TAGSAM hanno dimostrato la sua capacità di raccogliere oltre 60 grammi di campione. TAGSAM è stato sviluppato da Lockheed Martin.
CAPSULA DI RITORNO CAMPIONI (SRC)
La Sample Return Capsule (SRC) di OSIRIS-REx è un contenitore dotato di scudo termico e paracadute. Una volta raccolto il campione di Bennu il braccio TAGSAM posizionerà la testa del TAGSAM nell'SRC. Alla fine della missione l'SRC contenente la testa del TAGSAM e il campione di Bennu sarà l'unica parte del veicolo spaziale a rientrare sulla Terra. Lockheed Martin ha sviluppato la SRC da un progetto precedente: la missione Stardust ha utilizzato un design simile per restituire il materiale della coda della cometa Wild 2 alla Terra nel 2006.

NAVIGAZIONE
GN & C LIDAR
La guida ridondante, la navigazione e il controllo (GN & C) LIDAR forniranno informazioni sulla gamma di veicoli spaziali sulla superficie di Bennu durante il TAG per garantire che la navicella mantenga una distanza di sicurezza da Bennu. L'OSIRIS-REx GN & C Lidar è una telecamera LIDAR (Light Detection And Ranging) Flash 3D fornita da Advanced Scientific Concepts (ASC). È in grado di acquisire una gamma completa di 128 × 128 pixel di intervallo 3D attivati ​​in modo indipendente con intensità co-registrata per fotogramma e fino a 30 fotogrammi al secondo.
TAGCAMS
Malin Space Science Systems (MSSS) fornisce un sistema di telecamere Touch-and-Go (TAGCAMS), che fa parte del sistema di guida, navigazione e controllo su OSIRIS-REx. TAGCAMS è composto da due telecamere di navigazione ridondanti o "NavCam" e il singolo "StowCam".
  • Le NavCam sono utilizzate per la navigazione ottica del veicolo spaziale. Le immagini di NavCam tracciano i campi stellari e i punti di riferimento su Bennu per determinare la posizione dell'astronave durante le operazioni di missione. Ogni NavCam è una fotocamera monocromatica da 5 Megapixel della serie ECAM-M50 di Malin Space Science ed è in grado di acquisire immagini fisse e video ad alta definizione.
  • StowCam verrà utilizzato per verificare la corretta conservazione del campione di asteroide all'interno della Capsule di ritorno del campione della sonda. StowCam è una fotocamera a colori da 5 Megapixel ECAM-C50 della Malin Space Science Systems ed è in grado di acquisire immagini fisse e video ad alta definizione.

Cronologia Missione
08-09-2016 OSIRIS-REx: lancio da Cape Canaveral
31-12-2018 OSIRIS-REx: inserimento nell'orbita di Bennu
10-09-2019 OSIRIS-REx: termine mappatura superficie di Bennu
04-07-2020 OSIRIS-REx: raccolta di campioni dall'asteroide Bennu
03-03-2021 OSIRIS-REx: inizio viaggio di rientro sulla Terra
24-09-2023 OSIRIS-REx: rientro sulla Terra (deserto Utah)
Oggetti
  • 101955 Bennu
    Asteroide Apollo

    Asteroide di tipo Apollo scoperto nel 1999, misura circa 500 m e si classifica tra gli asteroidi carboniosi di tipo B.

Obiettivi

Gli obiettivi scientifici chiave di OSIRIS-REx includono:

  • Analisi e ritorno di un campione della superficie di Bennu
  • Mappatura dell'asteroide
  • Documentazione del sito di prelevamento
  • Misura della deviazione dell'orbita causata da forze non gravitazionali (l'effetto Yarkovsky)
  • Confronto delle osservazioni effettuate sull'asteroide con quelle svolte sulla Terra

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