فضاپیمای اسیریس رکس شمارش معکوس برای نمونه‌برداری از بنو را آغاز کرد
ناسا در آستانه‌ی یک مأموریت تاریخی قرار دارد و فقط چند هفته تا دستیابی به سیارک بنو و نمونه‌برداری از آن که یکی از گزینه‌های حیات در منظومه‌ی شمسی محسوب می‌شود باقی مانده است.
این نخستین باری است که ناسا یک سیارک را هدف گرفته تا قطعاتی از آن را برای مطالعه به زمین بازگرداند. فضاپیمای رباتیک اسیریس رکس که در ماه‌های گذشته، آخرین تمرین خود را انجام داده بود، در هفته‌های آینده دوباره به سمت سطح سنگی سیارک بنو پیش خواهد رفت، اما این بار کار را یک‌سره می‌کند و در برخوردی چند ثانیه‌ای نمونه‌برداری انجام خواهد داد.
در تاریخ ۲۰ اکتبر (۲۹ مهر) این مأموریت نخستین تلاش خود را برای رویداد نمونه‌برداری انجام خواهد داد. در این مجموعه مانورها، فضاپیمای اسیریس رکس به منطقه‌ی «نایتینگل» (Nightingale) نزدیک خواهد شد که بخشی سنگی به قطر ۱۶ متر در نیمکره‌ی شمالی سیارک بنو است. سپس بازوی نمونه‌برداری پایین می‌رود تا قطعاتی از بنو را جمع‌آوری کند.
منطقه‌ی نایتینگل به این دلیل به‌عنوان مکان اصلی نمونه‌برداری انتخاب شد که بیشترین میزان مواد ریز را در خود جای داده است. اما این منطقه با سنگ‌هایی بزرگ به اندازه‌ی ساختمان، احاطه شده است. یکی از حساسیت‌های این عملیات آن است که در هنگام رویداد نمونه‌برداری فضاپیما که به اندازه‌ی یک خودروی ون است، می‌کوشد در منطقه‌ای که فقط به اندازه‌ی چند جای پارک است پایین برود، در حالی که تنها چند متر با برخی از تخته‌سنگ‌های بزرگ فاصله دارد.
روند عملیات نمونه‌برداری
این عملیات ۴ ساعت و نیم به طول می‌انجامد و فضاپیما سه مانور جداگانه برای رسیدن به سطح سیارک انجام می‌دهد. فرآیند نزدیک‌شدن با آتش‌هایی که فضاپیمای اسیریس رکس برای خارج شدن از مدار ۷۵۰ متری خود پیرامون سیارک اجرا می‌کند، آغاز می‌شود. فضاپیما پس از ۴ ساعت حرکت به سمت پایین، در ارتفاع تقریبا ۱۲۵ متری مانور «نقطه‌ی بررسی» (Checkpoint) را انجام می‌دهد تا سرعت و مسیر مناسب برای رسیدن به سطح قرار بگیرد. ۱۱ دقیقه بعد، مانور «نقطه‌ی ارزیابی» (Matchpoint) انجام می‌شود و فضاپیما در ارتفاع تقریبی ۵۴ متر، سرعت خود را کند و مسیر خود را با چرخش سیارک تنظیم می‌کند. سپس به سطح نزدیک‌تر شده و با تماس کمتر از ۱۶ ثانیه، یکی از سه کپسول نیتروژن خود را فعال می‌کند.
گاز خروجی، باعث برخاستن مواد سطح سیارک بنو می‌شود و توسط بازوی نمونه‌بردار TAGSAM فضاپیما گرفته می‌شود. پس از این تماس کوتاه، اسیریس رکس مجدد آتش موتورهای خود را روشن می‌کند تا از سطح بنو فاصله بگیرد و به فاصله‌ای ایمن از آن هدایت شود. پس از انجام مانور قرارگیری در مدار، فضاپیما مجدد در حالت آمادگی برای نمونه‌برداری قرار می‌گیرد. نخست بازوی رباتیک TAGSAM را باز می‌کند تا برای برداشتن نمونه در حالت صحیح باشد.
سپس دو صفحه‌ی خورشیدی فضاپیما به صورت پیکربندی بال Yشکل نسبت به بدنه‌ی فضاپیما قرار می‌گیرند تا هنگام نمونه‌برداری دور از سطح سیارک باشند و ایمن بمانند. این پیکربندی، همچنین مرکز ثقل فضاپیما را درست بالای بازوی TAGSAM قرار می‌دهد که تنها بخشی از فضاپیماست که با سطح بنو تماس خواهد داشت.
به دلیل اینکه فضاپیما و بنو تقریبا ۳۳۴ میلیون کیلومتر با زمین فاصله دارند، حرکت سیگنال‌ها حدود ۱۸٫۵ دقیقه طول می‌کشد و این تأخیر مانع از اجرای مستقیم فعالیت‌های پرواز توسط مرکز فرماندهی می‌شود. بنابراین فضاپیما به گونه‌ای طراحی شده که کل فرآیند توالی جمع‌آوری نمونه را به طور مستقل انجام دهد و پیش از انجام عملیات نمونه‌برداری همه‌ی دستورهای لازم، توسط یک فرمان «برو» (Go) به فضاپیما فرستاده می‌شود.
مأموریت اسیریس رکس ناسا
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center
فناوری‌های لازم برای عملیات نمونه‌برداری
برای رسیدن خودکار به منطقه‌ی نایتینگلِ سیارک بنو، فضاپیما از سامانه‌ی ناوبری «ردیابی عوارض طبیعی» (Natural Feature Tracking) استفاده می‌کند که طی آن حدود ۹۰ دقیقه پس از ترک مدار، عملیات عکس‌برداری ناوبری را آغاز می‌کند. سپس با استفاده از ویژگی‌های شناسایی شده‌ی سطح، این تصاویر را به طور هم‌زمان با داده‌های قبلی مقایسه می‌کند تا مطمئن شود که در مسیر درست قرار دارد. با نزدیک شدن فضاپیما به سطح، فضاپیما طبق برآورد این سامانه‌ی ناوبری و درنظر گرفتن سرعت خود، عملیات Checkpoint و Matchpoint را انجام می‌دهد.
اسیریس رکس همچنان که پس از مانور Matchpoint برای نمونه‌برداری به سمت سطح بنو می‌رود، از برآوردهای سامانه‌ی ناوبری NFT استفاده می‌کند و اگر مسیر آن خارج از حد پیش‌بینی‌شده باشد، فضاپیما به طور خودکار عملیات را لغو می‌کند. برای اطمینان از تماس فضاپیما با منطقه‌ای ایمن و جلوگیری از برخورد به تخته‌سنگ‌ها سامانه‌ی ناوبری مجهز به نقشه‌ی خطر از منطقه‌ی نایتینگل است که مشخص می‌کند کدام نقاط در داخل سایت تماس، به طور بالقوه ممکن است به فضاپیما آسیب برسانند.
اگر سیستم NFT تشخیص دهد که فضاپیما به یکی از نقاط خطر برخورد خواهد کرد، پس از رسیدن به ارتفاع ۵ متری سطح بنو، به طور خودکار از آن فاصله می‌گیرد تا فضاپیما ایمن بماند و امکان نمونه‌برداری در تاریخ دیگری باشد. هم‌زمان که فضاپیما هر رویداد هر یک از مانورهای عملیات نمونه‌برداری را انجام می‌دهد، به‌روزرسانی‌های تله‌متری را هم، هرچند با سرعتی کند، برای تیم مأموریت می‌فرستد. این تیم در طول سفر از راه دور بر عملیات نظارت می‌کند و پس از رویداد تماس، می‌تواند تأیید کند که آیا فضاپیما به درستی سطح را لمس کرده است یا خیر.
بازگردانی نمونه و فرستادن داده‌های علمی
تصاویر و سایر داده‌های علمی هم پس از فاصله‌گرفتن فضاپیما از سطح سیارک و باز شدن مجدد آنتن بزرگتر آن، به زمین ارسال خواهد شد. اسیریس رکس حداقل ۶۰ گرم از مواد سنگی بنو نمونه‌برداری خواهد کرد که بزرگترین عملیات بازگردانی نمونه از زمان مأموریت‌های آپولو است. این مأموریت همچنین دو روش را برای تأیید موفقیت عملیات نمونه‌برداری توسعه داده است. در ۲۲ اکتبر (۱ آبان) دوربین SamCam فضاپیما، تصاویر سر بازوی نمونه‌برداری را برای بررسی وجود نمونه سنگ‌های بنو ضبط می‌کند.
اسیریس رکس همچنین برای تعیین مواد جمع‌آوری‌شده، در ۲۴ اکتبر (۳ آبان) یک مانور چرخشی انجام خواهد داد. اگر این اقدامات جمع‌آوری موفقیت‌آمیز نمونه را نشان دهد، نمونه‌ها در «کپسول بازگردانی نمونه» (Sample Return Capsule) قرار خواهد گرفت. همچنین اگر نمونه‌ی کافی جمع‌آوری نشده باشد، فضاپیما برای دو تلاش دیگر دارای کپسول نیتروژن کافی است که تلاش بعدی زودتر از ژانویه‌ی ۲۰۲۱ انجام نخواهد شد. اگر در نخستین تلاش نمونه‌برداری به طور کامل با موفقیت انجام شود، قرار است فضاپیما در سال ۲۰۲۱ از بنو به سمت زمین حرکت کند و نمونه‌ی جمع‌آوری شده را در ۲۴ سپتامبر ۲۰۲۳ (۲ مهر ۱۴۰۲) به زمین بیاورد.
تلاش‌ها برای نمونه‌برداری از سنگ‌های سطح بنو در حالی انجام می‌شود که اسیریس رکس در طول مدت گردش مداری خود هم داده‌های علمی جالب توجهی را به زمین فرستاده است. از جمله در روزهای گذشته نتایج یک پژوهش بر مبنای تصاویر این فضاپیما منتشر شد که حاکی از حضور سنگ‌های یک سیارک دیگر بر روی سیارک بنو است.
هدایت مأموریت
تیم مأموریت در عین حال که با توجه به همه‌گیری ویروس کرونا دورکاری را افزایش داده، چند ماه گذشته را صرف آماده‌سازی فضاپیما برای جمع‌آوری نمونه کرده است. شمار اندکی از اعضای تیم پشتیبانی با رعایت پروتکل‌های بهداشتی، مأموریت را به طور مستقیم از منطقه‌ی پشتیبانی مأموریت لاکهید مارتین انجام می‌دهند و دیگر اعضا هم در مکان‌های دیگر برای پوشش خبری رویداد حضور خواهند داشت.
برای این مأموریت، «مرکز پروازهای فضایی گادرد» در مریلند مدیریت کلی مأموریت، مهندسی سیستم و مسئولیت ایمنی را بر عهده دارد. همچنین «دانته لاورتا» از «دانشگاه آریزونا» پژوهشگر اصلی پروژه است و سرپرستی تیم علمی و برنامه‌ریزی مشاهدات علمی و پردازش داده‌ها هم با دانشگاه آریزونا است. «لاکهید مارتین اسپیس» در دنور، ساخت فضاپیما و مسئولیت عملیات پرواز را بر عهده دارد و «مرکز پروازهای فضایی گادرد» و «کینت‌ایکس آیرواسپیس» نیز مسئول ناوبری فضاپپیما هستند.
اسیریس رکس سومین مأموریت ناسا در «برنامه‌ی مرزهای نو» (New Frontiers Program) است. برنامه‌ای که توسط مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در هانتسویل آلاباما و برای دبیرخانه‌ی مأموریت‌های علمی این آژانس در واشنگتن مدیریت می‌شود و به بررسی چندین جرم منظومه‌ی شمسی می‌پردازد.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از عملیات نزدیک‌شدن اسیریس رکس به سطح سیارک بنو
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center
منبع: NASA
