样品泄漏?称重取消?冥王号还真是,计划赶不上变化呢…

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样品泄漏?称重取消?冥王号还真是,计划赶不上变化呢…

The following article is from 行星事务所 Author haibaraemily

先来点前情提要:北京时间 2020 年 10 月 21 日清晨(美国时间的 20 日傍晚),NASA 首个小行星采样返回任务OSIRIS-REx(冥王号)探测器,顺利降落在小行星贝努上的 ” 夜莺 ” 采样区,然后在几秒钟里完成了采样并起飞离开。

冥王号采样和起飞示意图 | NASA

不过,由于冥王号此时远在三亿公里之外,传个信号回来单程也要 18.5 分钟,所以地球上的我们一时只知道冥王号按计划完成了这么一大堆复杂的操作,并不知道实际效果如何。

所以接下来,吃瓜群众们最关心的问题当然是…落得准吗?采到了吗?采够了吗?装箱了吗?宛如一个个为 kpi 操碎了心的打工人。

” 正中靶心 ”

北京时间 2020 年 10 月 21 日上午 7:08,项目组收到了冥王号成功降落并且接触贝努表面的确认信息,直径 0.3 米的采样头与小行星表面接触了约 6 秒钟,随后点火起飞离开 [ 1 ] 。

采样相机(SAMCAM)连续拍摄的 82 张照片制成的冥王号采样过程第一视角视频,1.25 秒 / 帧。最开始一帧距离表面约 25 米,最后一帧拍摄于点火起飞 35 秒后,距离表面约 13 米 | NASA/Goddard/University of Arizona

看样子,采样头扎进了贝努表面怎么也有好几厘米吧。

接触前 vs 接触后的两帧 | NASA/Goddard/University of Arizona

这短短 6 秒钟里,冥王号向小行星贝努表面发射了一发压缩氮气,收集被激起的小行星表面物质。

冥王号采样时采样臂头部工作示意图 | NASA

点火起飞的过程看着还是挺 ” 激烈 ” 的,不过别担心,传回的信号表示冥王号一切正常,没有被碎屑砸伤。

采样后点火起飞的第一视角实拍 | NASA/Goddard/University of Arizona

冥王号计划着陆的 ” 夜莺 ” 采样区非常狭小,直径仅 6 米。但如果不能准确落在这一小片安全平坦的区域内,冥王号就可能会被采样区四周环伺的巨石磕坏。

冥王号初选的四个备选着陆点的位置:” 夜莺 “(Nightingale)、” 翠鸟 “(Kingfisher)、” 鱼鹰 “(Osprey)、” 鹬 “(Sandpiper ),全都以鸟类命名。最北端的 ” 夜莺 ” 区当选 | NASA/Goddard/University of Arizona [ 9 ]

最终,在精度更高的降落导航技术——自然特征跟踪(Natural Feature Tracking,NFT)技术的帮助下,冥王号长长的采样臂顺利触碰到了夜莺采样区几乎正中心的位置。

冥王号实际接触采样的位置(黄点处),几乎 ” 正中靶心 ” | NASA

不过要论采样精度,隼鸟 2 号的两次采样也同样优秀:距离预定着陆点只偏移了 1 米和 0.6 米而已 ~ (想想隼鸟 2 号可是只用了导航精度相对较低的激光测距导航啊,真是头铁…)

(左)隼鸟 2 号第二次着陆点(蓝点)和计划着陆区 C01-Cb 的中心(绿点)的位置;(右)采样杆接触点的位置(黄圈) | JAXA

漏了点,但是采够了

上一篇里我们提到过,冥王号这次采样目标是至少采集到 60 克样品,为了保质保量完成任务,项目组计划在 2020 年 10 月 22 日(美国时间,下同)对采样结果进行初步确认:用样本相机(SamCam)拍摄采样臂(TAGSAM)头部的照片,查看是否包含贝努表面物质。

SamCam 相机确认样品 | NASA/Goddard/CI Lab

结果这一看不得了,因为装太满了了,少量样品正缓慢从采样头向外泄漏 [ 2 ] 。

泄漏中的样品。环内 9 点钟方向黑色的凸出物就是用于锁住样品的聚酯翻板 | NASA/Goddard/University of Arizona

项目组分析,可能是因为样品里有比较大的石块卡住了,没能完全通过聚酯翻板进入收集装置,导致聚酯翻板没能全合上,让少量样品从缝隙里跑了出来。

冥王号采样机制 | 汉化自:NASA/Lockheed Martin [ 3 ]

不过,这次拍照确认过程也显示,冥王号一定采集到了大量的样品,远超 60 克。所以为了减少样品损失,项目组决定取消原计划 10 月 24 日进行的样品称重环节,直接快进到样品” 装箱 ” 环节。而且在此之前,冥王号会尽量避免任何变速操作。

原计划的样品称重环节。通过带着展开的采样臂一同旋转,对比采样前后的惯量矩变化,来测量采集到的样品重量是否达标 | NASA

提前 ” 装箱”

冥王号的样品 ” 装箱 ” 原本计划在 11 月 2 日进行的,但计划赶不上变化,为了减少样品损失,项目组决定提前到 10 月 27 日。

冥王号之前的大多数操作都是全程自动完成的,但这次的样品 ” 装箱 ” 可 ” 墨迹 ” 得多,得一步一步来 [ 4 ] :项目组先给探测器上传开始装箱的指令,此后探测器每完成一个步骤,都要传回遥测信号和照片,项目组看完确认无误再向探测器传指令,进行下一步…要知道,单程传一次信号就要 18.5 分钟呢,所以每个步骤都要花上 37 分钟的时间 ” 互通信息 “,整个 ” 装箱 ” 过程则不分昼夜地持续了两天。

10 月 27 日晚上,冥王号顺利把采样头对准返回舱内的槽口放了进去。

NASA/Goddard/University of Arizona/Lockheed Martin [ 5 ]

10 月 28 日上午,冥王号确认采样头安置得贴合稳固。

NASA/Goddard/University of Arizona/Lockheed Martin

10 月 28 日下午,项目组发出指令切断采样臂和采样头之间的连接。同天晚上,冥王号完成了样品 ” 装箱 ” 的最后一步:关上样品返回舱的舱盖并锁死 [ 6 ] 。

至此,冥王号探测器的样品采集终于圆满完成,接下来就等着这个小小的样品舱在 2023 年 9 月 24 日落回地球的犹他沙漠了。

最后,回顾一下冥王号采样的第一视角大片吧 ~ 三年后见咯!

小行星上看大片,一定要看到最后哦! | NASA/Goddard/University of Arizona

参考资料

[ 1 ] OSIRIS-REx TAGS Asteroid Bennu

https://www.asteroidmission.org/?latest-news=osiris-rex-tags-asteroid-bennu

[ 2 ] NASA ’ s OSIRIS-REx Spacecraft Collects Significant Amount of Asteroid Bennu

https://www.asteroidmission.org/?latest-news=nasas-osiris-rex-spacecraft-collects-significant-amount-of-asteroid-bennu

[ 3 ] https://spaceflight101.com/osiris-rex/osiris-rex-tagsam/

[ 4 ] NASA ’ s OSIRIS-REx Spacecraft Goes for Early Stow of Asteroid Sample

https://www.asteroidmission.org/?latest-news=nasas-osiris-rex-spacecraft-goes-for-early-stow-of-asteroid-sample

[ 5 ] OSIRIS-REx in the Midst of Stow

https://www.asteroidmission.org/?latest-news=osiris-rex-in-the-midst-of-stow

[ 6 ] NASA ’ s OSIRIS-REx Successfully Stows Sample of Asteroid Bennu

https://www.asteroidmission.org/?latest-news=nasas-osiris-rex-successfully-stows-sample-of-asteroid-bennu

关于作者

灰原哀博士(haibaraemily),从事行星科学研究,本公众号主页君。更多精彩,欢迎关注公众号 ~

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本文经授权转载自行星事务所(ID:haibaraemily_planets),如需二次转载请联系原作者。

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