Астероид Бенну: Край парящих камней

11 сентября 1999 года, в ходе наблюдений неба в обсерватории LINEAR (Lincoln Near-Earth Asteroid Research — Лаборатории поиска околоземных астероидов имени Линкольна), учёные обнаружили ранее неизвестное небесное тело. Оно было классифицировано как околоземный астероид спектрального класса С — самого распространённого типа таких объектов, которые характеризуются высоким содержанием углерода.

В 2012 году астероид получил имя Бенну в рамках студенческого проекта «Name That Asteroid!». Он был назван в честь древнеегипетской мифической птицы, связанной с Солнцем, созданием и перерождением. Бенну — небесное тело с диаметром около 500 метров и вытянутой орбитой. Минимальное расстояние между ним и Солнцем составляет 134 млн. км., а максимальное — 203 млн. км. Это потенциально опасный астероид. В 2060 году он пройдёт на расстоянии около 750 тыс. км от Земли. А в 2175-2196 годах может столкнуться с нашей планетой с вероятностью 0,037%. Какой бы малой такая вероятность не была, энергия, которая выделится при его столкновении, составит 1,2 гигатонны тротилового эквивалента (в 24 раза больше Царь-Бомбы).

Эти факты сделали астероид Бенну достаточно интересным объектом. Уже 23 сентября 1999 года исследователи получили его радарные изображения во время сближения с Землёй. Затем астероид Бенну неоднократно становился объектом многочисленных астрономических и астрометрических исследований. Они показали, что он своей формой напоминает вращающуюся юлу, а период его вращения составляет 4,3 часа. Орбитальное движение Бенну подвержено сильному влиянию эффекта Ярковского. Он заключается в появлении слабого реактивного импульса за счёт теплового излучения от нагревшейся за день и остывающей ночью поверхности астероида. В результате действия этого эффекта большая полуось орбиты Бенну перемещается на 284 метра в год, а скорость вращения замедляется на 1 секунду каждые 100 лет.

Астероид Бенну стал целью для американской программы OSIRIS-Rex из-за низких требований к количеству топлива, которое необходимо космическому аппарату для полёта к нему. Кроме того, не последнюю роль в выборе сыграла вероятность столкновения астероида с Землёй. По информации 2016 года, стоимость программы OSIRIS-Rex составила более 1 миллиарда долларов. В её бюджет на разработку космического аппарата было заложено 800 миллионов, стоимость запуска ракеты-носителя Atlas V составила 183 миллиона, а остальные средства были потрачены на операционные расходы за все годы работы. Главная цель программы — доставка 60 грамм образцов породы с астероида Бенну на Землю в 2023 году.

Стартовав с космодрома на мысе Канаверал 8 сентября 2016 года на ракете-носителе Atlas V, космический аппарат OSIRIS-Rex провёл следующие два года в полёте к астероиду Бенну. За это время он выполнил гравитационный манёвр около Земли и несколько коррекций курса. 3 декабря 2018 года космический аппарат достиг астероида, оказавшись от него на расстоянии 19 км. 31 декабря OSIRIS-Rex достиг своей целевой орбиты в 1,75 км над астероидом и начал составление подробной карты поверхности, а также проведение спектроскопического анализа. Один виток орбиты занимал 62 часа, а скорость движения космического аппарата относительно астероида составила 14 см/с или примерно 500 метров в час. Вскоре после своего прибытия OSIRIS-Rex открыл что-то необычное — 6 и 19 января, а также 11 февраля на Бенну из разных участков поверхности произошли выбросы пыли и камней размером до 10 см. Бенну — это активный астероид и весьма интересный объект. Камни и мелкие частицы, покинув его поверхность, могли либо в течение нескольких дней медленно парить на орбите над Бенну, после чего падали обратно на поверхность, либо могли улетать в открытый космос. На снимках с OSIRIS-Rex это выглядело так, словно они волшебным образом висели над астероидом. Учёные предполагают, что причиной такой активности могут быть столкновения Бенну с небольшими метеоритными частицами, выход водяных паров вследствие дегидратации филлосиликатов либо разлом пород вследствие перепада температур.

К августу 2019 года составление трёхмерной карты астероида было завершено. Следующим, самым ответственным этапом работы OSIRIS-Rex, станет забор проб материала с Бенну. Используя точнейшие навигационные алгоритмы, этот космический аппарат приблизится к поверхности астероида в 2020 году и соберёт образцы астероидной породы для доставки на Землю. По сообщению учёных, выбранный ими основной участок для сбора проб представляет собой небольшую яму в кратере, которая заполнена мелким гравием и окружена валунами. Самый крупный из них представляет опасность для космического аппарата, поэтому учёные прозвали его «горой погибели» (Mount Doom).

Основной участок для сбора образцов получил название Nightingale (Соловей), и его выбор был непростым решением. Поверхность Бенну оказалась более неровной, чем предполагалось. Ни один из потенциальных участков для сбора проб не был идеальным, их размеры были в несколько раз меньше, чем рассчитывалось при создании космического аппарата, и они либо со всех сторон были окружены крупными валунами, либо размеры частиц породы в них были слишком большими для пробоотборника. Команде пришлось задействовать алгоритмы машинного обучения для поиска наиболее подходящего места. Из изначального списка в 50 участков были отобраны 16, затем из их числа отсеяли еще 8, а после этого список был сужен до 4 кандидатов. Все они получили условные названия птиц. Окончательное решение было объявлено 12 декабря. Участок Nightingale был выбран из-за своей высокой научной ценности — материал в нём не должен сильно нагреваться из-за своей высокой широты, а также имеет тёмный цвет, что может свидетельствовать о повышенной концентрации углерода.

Сбор образцов будет непростой задачей — диаметр участка составляет всего 16 метров, при этом размах солнечных панелей OSIRIS-Rex — 6,2 метра. Команда выбрала ещё и резервный участок — Osprey (Скопа). Спектральный анализ также показывает в нем высокое содержание углерода, однако материал в нем может оказаться слишком крупнозернистым. Тем не менее, если OSIRIS-Rex не удастся собрать образцы в области Nightingale, он сделает вторую попытку на участке Osprey, потому что возле него меньше препятствий.

Забор образцов будет производиться с помощью специального устройства на роботизированном манипуляторе космического аппарата. Оно соприкоснётся на короткое время с поверхностью астероида и выпустит в него струю из сжатого азота. После этого космический аппарат захватит часть поднятого материала с помощью специального механизма и сразу же удалится от астероида. Вся процедура займет всего несколько секунд. При этом OSIRIS-Rex будет находиться от Земли на расстоянии 250 миллионов километров. Это исключает любую возможность прямого управления космическим аппаратом из-за большой задержки сигнала, вызванной расстоянием между Землей и станцией, которая составляет десятки минут. Все процедуры будут выполняться в полностью автоматическом режиме. Предварительная дата сбора образцов назначена на 25 августа 2020 года.

Источник: https://spaceflightnow.com/2019/12/12/nasa-selects-site-for-osiris-rex-to-collect-asteroid-samples/

Источник: zen.yandex.ru