Потыкать астероид пылесосом: что может пойти не так при спуске OSIRIS-REx к Бенну?

21 октября, около часа ночи по Москве, автоматическая межпланетная станция OSIRIS-REx попытается взять пробу грунта с поверхности астероида Бенну. Это не первая такая попытка в истории человечества — например, прямо сейчас к Земле летит «Хаябуса-2», у которой все получилось — но первая для американцев. Коротко рассказываем, каковы шансы «Осириса» унести на Землю частицы древнего мира, не погибнув среди его скал и валунов, как сильно за него стоит переживать.

Для NASA подобная операция станет первой, хотя у агентства уже был опыт посадки на астероиды: в далеком феврале 2001 года станция NEAR Shoemaker опустилась на поверхность околоземного астероида Эрос, не получив повреждений и проработала на нем больше двух недель, исследуя состав поверхностного слоя астероида. Уже это дало науке уникальные данные, но ученые хотят поработать с веществом астероидов и комет в лабораторных условиях, чтобы детальнее его изучить. Такое им уже удавалось: в 2006 году зонд «Стардаст» доставил на Землю частицы межпланетной пыли и комы кометы 81P/Вильда, заключенные в аэрогель.  

Взять пробу грунта с астероида и доставить ее на Землю гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Пока это удалось сделать лишь Японскому агентству аэрокосмических исследований (JAXA), запустившему межпланетные станции «Хаябуса-1» и «Хаябуса-2». 

Первый аппарат был пробным камнем и попортил немало нервов команде миссии: 

• Вышел из строя один из ионных двигателей и два из четырех маховиков в системе ориентации. 

• Спускаемый модуль вместо приземления на поверхность астероида отскочил от нее. 

• Две попытки забора грунта с астероида Итокава прошли со сбоями, из-за чего станция доставила на Землю менее миллиграмма чистого вещества астероида. 

Однако и

, чтобы сделать новые открытия.

«Хаябуса-2» оказалась удачливее, получив грунт как с поверхности околоземного астероида Рюгу, так и из его подповерхностного слоя, и к началу декабря этого года она доставит его к нашей планете. Успех стал возможен благодаря учету всех допущенных первой станцией ошибок, неоднократным пробным снижениям для изучения мест работ и четкой программе действий. 

Здесь стоит отметить, что Рюгу оказался еще более негостеприимным местом, чем Итокава. «Хаябусе-2» пришлось иметь дело с поверхностью, покрытой валунами и скалами и практически лишенной пыли. Однако тут на помощь пришел сам механизм отбора проб (использовавшийся и на «Хаябусе-1») — в момент максимального сближения с поверхностью астероида аппарат стрелял по ней танталовой пулей, эффектно дробящей камни и поднимающей осколки вверх, после чего станции оставалось лишь поймать частицы грунта, которые затем попадали в герметичный возвращаемый контейнер.

OSIRIS-REx будет добывать грунт Бенну иначе, чем японские станции. Механизм отбора проб TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism) складывается и раскладывается, а принцип его работы можно охарактеризовать как «пылесос наоборот». Как только головная часть пробоотборника соприкоснется с поверхностью Бенну, поток сжатого азота, выпущенный из одного из трех баллонов, должен поднять с астероида частицы реголита и направить их в специальные камеры. Затем головка механизма будет помещена в возвращаемую на Землю герметичную капсулу. Наземные испытания подтвердили, что механизм способен собрать минимум 60 граммов вещества астероида.

План действий

1. Первым делом OSIRIS-REx сойдет с 770-метровой рабочей орбиты, после чего развернет механизм отбора проб грунта и сложит солнечные панели в виде буквы Y, чтобы сместить центр тяжести корабля и обезопасить панели от возможных столкновений со скалами. 
2. Затем  станция плавно спустится до высоты 125 метров, увеличит скорость спуска, а на высоте 54 метров замедлится, нацеливаясь головкой пробоотборника на нужную область. 
3. В момент контакта с поверхностью Бенну произойдет выброс азота, на процедуру добычи грунта у станции будет менее 16 секунд. 
4. После этого OSIRIS-REx начнет отлет от поверхности астероида на безопасное расстояние, а затем определит, смог ли он собрать достаточно вещества астероида.

Что может пойти не так? 

1. Частицы грунта на Бенну могут оказаться слишком большими. Реголит в области «Соловей», расположенной внутри молодого кратера в северном полушарии Бенну, был признан достаточно мелкозернистым. Но пробоотборный механизм может не захватить частицы размером более двух сантиметров. 

2. Сбой системы навигации. В отличие от «Хаябус», использовавших для навигации светоотражающие мячики-маркеры, OSIRIS-REx использует систему навигации, основанную на автоматическом сравнении снимков, поступающих с камер, с заранее составленной картой местности. Если случится сбой в работе камер или лидара, то операцию придется прервать. 

3. Автоматика сочтет, что внизу слишком тесно. Район работ имеет размер всего 16 метров в поперечнике и окружен крупными валунами размером с дом. Если станция решит, что траектория спуска ведет к опасной области, то операция будет отменена.

Среди этих сценариев нет совсем катастрофических, вроде ошибки автоматики, которая повлекла за собой повреждение или даже потерю станции — при малейших сомнениях программа снижения прерывается и OSIRIS-REx отправляется обратно, на рабочую орбиту, а в центре управления садятся думать дальше.

Даже если первая попытка забора грунта с Бенну закончится провалом, то у станции будет еще две. И если «Соловей» окажется неприступным, то у исследователей есть резервная область для проведения работ — «Скопа», расположенная внутри небольшого кратера в экваториальном районе астероида. 

Остается пожелать команде миссии удачи и надеяться, что первый штурм Бенну закончится успешно, а станция не получит повреждений.