فضاپیمای اسیریس رکس ناسا امشب سیارک بنو را هدف قرار می‌دهد
فضاپیمای اسیریس رکس ناسا امشب عملیات مهمی را پیش رو دارد و با ضربه‌ای ناگهانی به سطح، از سیارک بنو نمونه‌برداری خواهد کرد تا بتواند آن را با خود به زمین بیاورد.
اسیریس رکس (OSIRIS-REx) نخستین فضاپیمای نمونه‌بردار ناسا محسوب می‌شود. این فضاپیما از سال ۲۰۱۸ (آذر ۱۳۹۷) در مدار سیارک بنو قرار دارد و ضمن اطلاعات ارزشمندی که تا کنون از این سیاره به زمین فرستاده است، خود را برای لحظه‌ی تاریخی امشب ساعت ۱۸:۱۲ منطقه‌ی زمانی شرقی (۰۱:۴۲ بامداد فردا به وقت تهران) آماده کرده است. عملیاتی که از چند هفته‌ی پیش شمارش معکوس آن آغاز شده است.
علت انتخاب بنو
سیارک بنو از آن جهت به عنوان هدف انتخاب شد که طبق پژوهش‌ها به عنوان «کپسول زمانی» منظومه‌ی شمسی شناخته می‌شود. سطح این سیارک بسیار تیره است و یک سیارک نوع B طبقه‌بندی می‌شود که در حقیقت دسته‌ی فرعی سیارک‌های کربن‌دار نوع C است. این سیارک همچنین در طبقه‌بندی سیارک‌های آپولو قرار می‌گیرد که مدار حرکت آن‌ها، مدار حرکت زمین به دور خورشید را قطع می‌کند.
چنین سیارک‌هایی «ابتدایی» درنظر گرفته می‌شوند زیرا از زمان شکل‌گیری، تغییر کمی داشته‌اند. به طور مشخص، سیارک بنو به دلیل دردسترس داشتن مواد بکر کربنی که عنصر اصلی در مولکول‌های آلی مورد نیاز برای حیات و ماده‌ای پیش از شکل‌گیری زمین است، به عنوان سیارک هدف انتخاب شد.
مولکول‌های آلی مانند اسیدهای آمینه پیش از این در برخی از شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارها کشف شده است و این نشان می‌دهد که برخی از مواد مورد نیاز برای حیات می‌توانند به صورت طبیعی در فضا شکل بگیرند.
فضاپیمای اسیریس رکس
نام این فضاپیما در حقیقت از سرواژه‌های ریشه‌ها (Origins)، تفسیر طیفی (Spectral Interpretation)، شناسایی منابع (Resource Identification)، ایمنی (Security)، کاوشگر سنگ‌پوشه (Regolith Explorer) گرفته شده است.
اسیریس رکس که دارای دو وجه ۲.۴۴ متری و طول ۳.۱۵ متری است و ۸۸۰ کیلوگرم جرم دارد ۴ سال پیش در ۸ سپتامبر ۲۰۱۶ (۱۸ شهریور ۱۳۹۵) به فضا پرتاب شد و دو سال در راه بود تا سرانجام در ۳ دسامبر ۲۰۱۸ (۱۲ آذر ۱۳۹۷) به نزدیکی سیارک بنو رسید.
مطالعه‌ی سیارک
از آن زمان تا کنون سطح سیارک بنو با جزئیات بالا توسط این کاوشگر مطالعه شده و اسیریس رکس داده‌های جذابی به زمین فرستاده است. از جمله چندی پیش تشخیص داد که قطعات یک سیارک دیگر در فضای میان‌سیاره‌ای به سطح سیارک بنو رسیده است.
ضمن این مطالعات، یافتن منطقه‌ای مناسب برای تماس با سطح سیارک یک چالش محسوب می‌شد، زیرا علاوه بر غنی بودن منطقه باید بدون عوارض سطحی زیاد می‌بود تا خطری برای فضاپیما نداشته باشد. ناسا چهار سایت را نامزد فرود بنو کرد و در نهایت از میان این گزینه‌ها منطقه‌ی «نایتینگل» (Nightingale) انتخاب شد که دارای بیشترین زیردانه‌ها و بدون مانع است.
مناطق نامزد نمونه‌برداری روی بنو توسط اسیریس رکس
Credit: NASA/Goddard/University of Arizona
عملیات رسیدن به سطح
فضاپیمای اسیریس رکس برای نمونه‌برداری از سطح بنو طی حدود ۴ ساعت و نیم، سه مانور جداگانه انجام خواهد داد که شامل نقطه‌ی بررسی (Checkpoint) و نقطه‌ی ارزیابی (Matchpoint) و در نهایت تماس و نمونه‌برداری است.
منطقه‌ی نایتینگل سیارک بنو
Credit: NASA/Goddard/University of Arizona
فرآیند نزدیک‌شدن با آتش‌هایی که فضاپیمای اسیریس رکس برای خارج شدن از مدار ۷۵۰ متری خود پیرامون سیارک اجرا می‌کند، آغاز می‌شود. پس از ۴ ساعت حرکت به سمت پایین، در ارتفاع تقریبا ۱۲۵ متری مانور «نقطه‌ی بررسی» (Checkpoint) انجام می‌شود تا فضاپیما دارای سرعت و مسیر مناسب برای رسیدن به سطح باشد.
با گذشت ۱۱ دقیقه، مانور «نقطه‌ی ارزیابی» (Matchpoint) اجرا می‌شود که طی آن فضاپیما در ارتفاع تقریبی ۵۴ متر، سرعت خود را کند و مسیر خود را با چرخش سیارک تنظیم می‌کند. در نهایت با نزدیک‌تر شدن به سطح عملیات لمس و دور شدن (Touch and Go) را اجرا می‌کند.
در این مانور طی تماسی کوتاه‌تر از ۱۶ ثانیه، یکی از سه کپسول نیتروژن اسیریس رکس فعال می‌شود. گاز خروجی، باعث برخاستن مواد از سطح سیارک بنو می‌شود و بازوی نمونه‌بردار «مکانیزم نمونه‌برداری لمس و دور شدن» (TAGSAM) فضاپیما آن‌ها را می‌گیرد. 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.
با توجه به فاصله‌ی بسیار زیاد تقریبا ۳۳۴ میلیون کیلومتری اسیریس رکس با زمین حرکت سیگنال‌های کنترلی حدود ۱۸.۵ دقیقه طول می‌کشد و به همین دلیل فضاپیما سراسر عملیات نمونه‌برداری از بنو را به طور خودکار انجام خواهد داد. همه‌ی دستورهای لازم برای آغاز این فرآیند پیش از عملیات توسط یک فرمان «برو» (Go) به فضاپیما داده می‌شود.
فناوری رسیدن به سطح
برای انجام خودکار عملیات رسیدن به سطح سیارک بنو، اسیریس رکس از سامانه‌ی ناوبری «ردیابی عوارض طبیعی» (Natural Feature Tracking) بهره می‌برد که حدود ۹۰ دقیقه پس از ترک مدار، عملیات عکس‌برداری ناوبری را آغاز می‌کند. این کار به فضاپیما امکان می‌دهد تا با مقایسه‌ی هم‌زمان تصاویر با داده‌های قبلی مطمئن شود که در مسیر درست قرار دارد.
نمایی از نزدیک شدن اسیریس رکس به سطح بنو
Credit: NASA/Goddard/CI Lab/University of Arizona
پیش از این فضاپیمای اسیریس رکس برخی مانورهای آزمایشی رسیدن به سطح بنو را انجام داده است و به خوبی با منطقه‌ی مورد نظر خود آشناست. پس از مانور Matchpoint نیز با استفاده از همین سامانه‌ی ناوبری NFT اگر مسیر خارج از حد پیش‌بینی‌شده باشد، عملیات به صورت خودکار لغو خواهد شد.
اگرچه سایت نایتینگل با کمترین خطر برخورد به فضاپیما انتخاب شده است، اما باز هم برای اطمینان از تماس فضاپیما با منطقه‌ای ایمن و جلوگیری از برخورد به تخته‌سنگ‌ها سامانه‌ی ناوبری مجهز به یک نقشه‌ی خطر از منطقه‌ی نایتینگل است که مشخص می‌کند کدام نقاط در داخل سایت تماس، احتمال آسیب‌رسانی به فضاپیما را دارند. بنابراین اگر خطری متوجه فضاپیما باشد، عملیات به طور خودکار در ارتفاع ۵ متری لغو خواهد شد.
هدایت مأموریت
با وجود اینکه به علت همه‌گیری ویروس کرونا دورکاری تیم کنترل مأموریت اسیریس رکس نیز افزایش یافته، اما چند ماه گذشته صرف آماده‌سازی این فضاپیما برای جمع‌آوری نمونه شده 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 اعضای دیگر نیز 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) محسوب می‌شود. این برنامه‌ی بزرگ توسط مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در هانتسویل آلاباما و برای دبیرخانه‌ی مأموریت‌های علمی این آژانس در واشنگتن مدیریت می‌شود و طی آن چندین جرم منظومه‌ی شمسی بررسی می‌شوند.
بررسی عملیات و بازگردانی نمونه‌ها
با توجه به اینکه فضاپیمای اسیریس رکس، در هنگام عملیات نمونه‌برداری، تجهیزات خود از جمله آنتن‌ها و صفحات خورشیدی را برای جلوگیری از آسیب جمع می‌کند، پس از انجام این عملیات باید مجدد آن‌ها را باز کند تا امکان تماس مناسب با زمین را داشته باشد.
در این کاوشگر دو فناوری استفاده شده تا موفق بودن عملیات نمونه‌برداری تأیید شود. در ۲۲ اکتبر (۱ آبان) دوربین SamCam فضاپیما، از سر بازوی نمونه‌برداری برای بررسی وجود نمونه سنگ‌های بنو تصویر می‌گیرد. همچنین برای تعیین وزن مواد جمع‌آوری‌شده، در ۲۴ اکتبر (۳ آبان) یک مانور چرخشی توسط اسیریس رکس انجام خواهد شد.
اگر نمونه‌ی جمع شده کافی نباشد، فضاپیما برای دو مانور پشتیبان دیگر نیز نیتروژن کافی دارد. اما اگر این دو مانور، جمع‌آوری موفقیت‌آمیز نمونه‌ها را تأیید کند، نمونه‌ها در «کپسول بازگردانی نمونه» (Sample Return Capsule) قرار می‌گیرد تا برای بازگشت به زمین آماده باشد. بدین ترتیب فضاپیما در سال ۲۰۲۱ از بنو به سمت زمین حرکت خواهد کرد تا نمونه‌های جمع‌آوری شده را در ۲۴ سپتامبر ۲۰۲۳ (۲ مهر ۱۴۰۲) به زمین بیاورد.
باید منتظر باشیم و ببینیم که آیا عملیات امشب می‌تواند با موفقیت انجام شود تا در کنار پژوهش‌های دیگر مانند شهاب‌سنگ‌های قطب جنوب، هر چه زودتر دید بشر را نسبت به تاریخچه‌ی منظومه‌ی شمسی و شکل‌گیری حیات روشن‌تر کند؟
عکس کاور: طرح گرافیکی عملیات نمونه‌برداری اسیریس رکس روی بنو
Credit: NASA/Goddard Space Flight Center
