فضاپیمای اسیریس رکس ناسا امشب سیارک بنو را هدف قرار می دهد - مجله مستانه

اسیریس رکس (OSIRIS-REx) نخستین فضاپیمای نمونه بردار ناسا محسوب می گردد. این فضاپیما از سال 2018 (آذر 1397) در مدار سیارک بنو قرار گرفته است و ضمن اطلاعات ارزشمندی که تا کنون از این سیاره به زمین فرستاده است، خود را برای لحظه تاریخی امشب ساعت 18:12 منطقه زمانی شرقی (01:42 بامداد فردا به وقت تهران) آماده نموده است. عملیاتی که از چند هفته پیش شمارش معکوس آن شروع شده است.

علت انتخاب بنو

سیارک بنو از آن جهت به عنوان هدف انتخاب شد که طبق پژوهش ها به عنوان کپسول زمانی منظومه شمسی شناخته می گردد. سطح این سیارک بسیار تیره است و یک سیارک نوع B طبقه بندی می گردد که در حقیقت دسته فرعی سیارک های کربن دار نوع C است. این سیارک همچنین در طبقه بندی سیارک های آپولو قرار می گیرد که مدار حرکت آن ها، مدار حرکت زمین به دور خورشید را قطع می نماید.

چنین سیارک هایی ابتدایی درنظر گرفته می شوند زیرا از زمان شکل گیری، تغییر کمی داشته اند. به طور معین، سیارک بنو به دلیل دردسترس داشتن مواد بکر کربنی که عنصر اصلی در مولکول های آلی مورد احتیاج برای حیات و ماده ای پیش از شکل گیری زمین است، به عنوان سیارک هدف انتخاب شد.

مولکول های آلی مانند اسیدهای آمینه پیش از این در بعضی از شهاب سنگ ها و دنباله دارها کشف شده است و این نشان می دهد که بعضی از مواد مورد احتیاج برای حیات می توانند به صورت طبیعی در فضا شکل بگیرند.

فضاپیمای اسیریس رکس

نام این فضاپیما در حقیقت از سرواژه های ریشه ها (Origins)، تفسیر طیفی (Spectral Interpretation)، شناسایی منابع (Resource Identification)، ایمنی (Security)، کاوشگر سنگ پوشه (Regolith Explorer) گرفته شده است.

اسیریس رکس که دارای دو وجه 2.44 متری و طول 3.15 متری است و 880 کیلوگرم جرم دارد 4 سال پیش در 8 سپتامبر 2016 (18 شهریور 1395) به فضا پرتاب شد و دو سال در راه بود تا خاتمه در 3 دسامبر 2018 (12 آذر 1397) به نزدیکی سیارک بنو رسید.

مطالعه سیارک

از آن موقع تا کنون سطح سیارک بنو با جزئیات بالا توسط این کاوشگر مطالعه شده و اسیریس رکس داده های جذابی به زمین فرستاده است. از جمله چندی پیش تشخیص داد که قطعات یک سیارک دیگر در فضای میان سیاره ای به سطح سیارک بنو رسیده است.

ضمن این مطالعات، یافتن منطقه ای مناسب برای تماس با سطح سیارک یک چالش محسوب می شد، زیرا علاوه بر غنی بودن منطقه باید بدون عوارض سطحی زیاد می بود تا خطری برای فضاپیما نداشته باشد. ناسا چهار سایت را نامزد فرود بنو کرد و در نهایت از میان این گزینه ها منطقه نایتینگل (Nightingale) انتخاب شد که دارای بیشترین زیردانه ها و بدون مانع است.

عملیات رسیدن به سطح

فضاپیمای اسیریس رکس برای نمونه برداری از سطح بنو طی حدود 4 ساعت و نیم، سه مانور جداگانه انجام خواهد داد که شامل نقطه آنالیز (Checkpoint) و نقطه ارزیابی (Matchpoint) و در نهایت تماس و نمونه برداری است.

فرآیند نزدیک شدن با آتش هایی که فضاپیمای اسیریس رکس برای خارج شدن از مدار 750 متری خود پیرامون سیارک اجرا می نماید، شروع می گردد. پس از 4 ساعت حرکت به سمت پایین، در ارتفاع تقریبا 125 متری مانور نقطه آنالیز (Checkpoint) انجام می گردد تا فضاپیما دارای سرعت و جهت مناسب برای رسیدن به سطح باشد.

با گذشت 11 دقیقه، مانور نقطه ارزیابی (Matchpoint) اجرا می گردد که طی آن فضاپیما در ارتفاع تقریبی 54 متر، سرعت خود را کند و جهت خود را با چرخش سیارک تنظیم می نماید. در نهایت با نزدیک تر شدن به سطح عملیات لمس و دور شدن (Touch and Go) را اجرا می نماید.

در این مانور طی تماسی کوتاه تر از 16 ثانیه، یکی از سه کپسول نیتروژن اسیریس رکس فعال می گردد. گاز خروجی، باعث برخاستن مواد از سطح سیارک بنو می گردد و بازوی نمونه بردار مکانیزم نمونه برداری لمس و دور شدن (TAGSAM) فضاپیما آن ها را می گیرد. پس از این تماس کوتاه، اسیریس رکس مجدد آتش موتورهای خود را روشن می نماید تا از سطح بنو فاصله بگیرد و به فاصله ای ایمن از آن راهنمایی گردد.

پس از انجام مانور قرارگیری در مدار، فضاپیما مجدد در حالت آمادگی برای نمونه برداری قرار می گیرد. نخست بازوی رباتیک TAGSAM را باز می نماید تا برای برداشتن نمونه در حالت صحیح باشد. سپس دو صفحه خورشیدی فضاپیما به صورت پیکربندی بال Yشکل نسبت به بدنه فضاپیما قرار می گیرند تا هنگام نمونه برداری دور از سطح سیارک باشند و ایمن بمانند. این پیکربندی، همچنین مرکز ثقل فضاپیما را درست بالای بازوی TAGSAM قرار می دهد که تنها بخشی از فضاپیماست که با سطح بنو تماس خواهد داشت.

با توجه به فاصله بسیار زیاد تقریبا 334 میلیون کیلومتری اسیریس رکس با زمین حرکت سیگنال های کنترلی حدود 18.5 دقیقه طول می کشد و به همین دلیل فضاپیما سراسر عملیات نمونه برداری از بنو را به طور اتوماتیک انجام خواهد داد. همه دستورهای لازم برای شروع این فرآیند پیش از عملیات توسط یک فرمان برو (Go) به فضاپیما داده می گردد.

فناوری رسیدن به سطح

برای انجام اتوماتیک عملیات رسیدن به سطح سیارک بنو، اسیریس رکس از سامانه ناوبری ردیابی عوارض طبیعی (Natural Feature Tracking) بهره می برد که حدود 90 دقیقه پس از ترک مدار، عملیات عکس برداری ناوبری را شروع می نماید. این کار به فضاپیما امکان می دهد تا با مقایسه هم زمان تصاویر با داده های قبلی مطمئن گردد که در جهت درست قرار گرفته است.

پیش از این فضاپیمای اسیریس رکس بعضی مانورهای آزمایشی رسیدن به سطح بنو را انجام داده است و به خوبی با منطقه مورد نظر خود آشناست. پس از مانور Matchpoint نیز با استفاده از همین سامانه ناوبری NFT اگر جهت خارج از حد پیش بینی شده باشد، عملیات به صورت اتوماتیک لغو خواهد شد.

اگرچه سایت نایتینگل با کمترین خطر برخورد به فضاپیما انتخاب شده است، اما باز هم برای اطمینان از تماس فضاپیما با منطقه ای ایمن و جلوگیری از برخورد به تخته سنگ ها سامانه ناوبری مجهز به یک نقشه خطر از منطقه نایتینگل است که معین می نماید کدام نقاط در داخل سایت تماس، احتمال آسیب رسانی به فضاپیما را دارند. بنابراین اگر خطری متوجه فضاپیما باشد، عملیات به طور اتوماتیک در ارتفاع 5 متری لغو خواهد شد.

راهنمایی مأموریت

با وجود اینکه به علت همه گیری ویروس کرونا دورکاری تیم کنترل مأموریت اسیریس رکس نیز افزایش یافته، اما چند ماه گذشته صرف آماده سازی این فضاپیما برای جمع آوری نمونه شده است. شمار اندکی از اعضای تیم پشتیبانی با رعایت پروتکل های بهداشتی، مأموریت را به طور مستقیم از منطقه پشتیبانی مأموریت لاکهید مارتین انجام می دهند و اعضای دیگر نیز در مکان های 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. هم چنین دانته لاورتا از دانشگاه آریزونا پژوهشگر اصلی پروژه است و سرپرستی تیم علمی و برنامه ریزی مشاهدات علمی و پردازش داده ها 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 کینت ایکس آیرواسپیس نیز مسئول ناوبری فضاپپیما هستند.

اسیریس رکس سومین مأموریت ناسا در برنامه مرزهای نو (New Frontiers Program) محسوب می گردد. این برنامه عظیم توسط مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در هانتسویل آلاباما و برای دبیرخانه مأموریت های علمی این آژانس در واشنگتن مدیریت می گردد و طی آن چندین جرم منظومه شمسی آنالیز می شوند.

آنالیز عملیات و بازگردانی نمونه ها

با توجه به اینکه فضاپیمای اسیریس رکس، در هنگام عملیات نمونه برداری، تجهیزات خود از جمله آنتن ها و صفحات خورشیدی را برای جلوگیری از آسیب جمع می نماید، پس از انجام این عملیات باید مجدد آن ها را باز کند تا امکان تماس مناسب با زمین را داشته باشد.

در این کاوشگر دو فناوری استفاده شده تا پیروز بودن عملیات نمونه برداری تأیید گردد. در 22 اکتبر (1 آبان) دوربین SamCam فضاپیما، از سر بازوی نمونه برداری برای آنالیز وجود نمونه سنگ های بنو تصویر می گیرد. همچنین برای معین وزن مواد جمع آوری شده، در 24 اکتبر (3 آبان) یک مانور چرخشی توسط اسیریس رکس انجام خواهد شد.

اگر نمونه جمع شده کافی نباشد، فضاپیما برای دو مانور پشتیبان دیگر نیز نیتروژن کافی دارد. اما اگر این دو مانور، جمع آوری پیروزیت آمیز نمونه ها را تأیید کند، نمونه ها در کپسول بازگردانی نمونه (Sample Return Capsule) قرار می گیرد تا برای بازگشت به زمین آماده باشد. بدین ترتیب فضاپیما در سال 2021 از بنو به سمت زمین حرکت خواهد نمود تا نمونه های جمع آوری شده را در 24 سپتامبر 2023 (2 مهر 1402) به زمین بیاورد.

باید منتظر باشیم و ببینیم که آیا عملیات امشب می تواند با پیروزیت انجام گردد تا در کنار پژوهش های دیگر مانند شهاب سنگ های قطب جنوب، هر چه زودتر دید بشر را نسبت به تاریخچه منظومه شمسی و شکل گیری حیات روشن تر کند؟

عکس کاور: طرح گرافیکی عملیات نمونه برداری اسیریس رکس روی بنو

Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

منابع: NASA (1, 2), Space (1, 2)