NASA的OSIRIS-REx探测器即将登陆小行星并采样

       近日，美国国家航空航天局（NASA）宣布，旨在进行小行星采样并返回的OSIRIS-REx探测器将于10月20日登陆小行星贝努（Bennu，即小行星101955）。届时这台探测器将小心翼翼地进行长达4.5小时的降落，然后在几秒钟内接触并离开这颗小行星。

       经过4.5小时的缓慢降落，OSIRIS-REx探测器将在几秒钟内登陆小行星贝努并采样（想象图）

       OSIRIS-REx探测器的全称是“太阳系起源、光谱解析、资源识别、安全保障、小行星风化层探索者”（Origins， Spectral Interpretation， Resource Identification， Security， Regolith Explorer）。NASA已经选定了它的着陆点，即“夜莺”（Nightingale），位于贝努北半球一个直径16米的岩石区域。这个候选地点被认为具有颗粒最细的土壤。

       这台卡车大小的探测器装有一个机械臂，用来收集小行星表面的样品。科学家们希望这项任务能加深我们对行星形成及生命起源的了解，并更深入地探索可能影响地球的小行星。着陆地点之所以选中“夜莺”，是因为这是贝努表面最清晰的区域之一，最容易接触到细小颗粒物质。

       然而，着陆点周围有一些巨大的、如同建筑物大小的石块，只有一个大约几个停车位大小的地方可供降落。另一方面，如果着陆稍有偏差，OSIRIS-REx探测器的处境也可能非常不妙。

       NASA还透露了OSIRIS-REx探测器将如何在小行星表面着陆的一些细节。这场四个半小时的考验将分为三个步骤。第一步是点燃OSIRIS-REx探测器上的推进器，使其脱离距离表面约770米的轨道。

       贝努位于地球和火星之间，距离地球约3.34亿公里。在如此远的距离上，从OSIRIS-REx探测器到NASA总部之间的信号传递大约需要18.5分钟。这意味着人工着陆是不可能的，所有成功着陆的希望都寄托在机载自主系统上。

       按照计划，OSIRIS-REx探测器应该收集至少57克的小行星岩石材料带回地球。这将是自阿波罗任务以来最大的样品采集任务，而阿波罗任务获得了更多的资金，在采集样品时也得到了地面上更多的帮助。如果贝努表面的物质采集成功，OSIRIS-REx探测器将于2023年9月24日返回地球。

       NASA还透露了OSIRIS-REx探测器将如何在小行星表面着陆的一些细节。这场四个半小时的考验将分为三个步骤。第一步是点燃OSIRIS-REx探测器上的推进器，使其脱离距离表面约770米的轨道。

       轨道高度之所以这么低，是因为贝努的平均半径只有246米，整体的引力很小。此时，探测器的采样臂，称为“接触即走样品采集机制”（Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism，简称TAGSAM），将展开并向下指向贝努。脆弱的太阳能电池板将在探测器上方以Y字形翼状展开，以安全避开任何危险。

       TAGSAM的采样头将是探测器唯一会接触到贝努表面的部分。OSIRIS-REx项目副主管麦克?莫罗表示，这项任务经过了多年的计划和艰苦工作，而在届时的登陆过程中，TAGSAM基本上只与小行星表面接触5到10秒钟。

       NASA的工作人员将授权OSIRIS-REx探测器自主降落，它将利用一个名为“自然特征跟踪”（Natural Feature Tracking，简称NFT）的导航系统控制自己的着陆。该系统使用了OSIRIS-REx任务所拍摄的小行星表面的全部详细图像，并将其转化为一张地图，指出了所有潜在的危险。如果着陆偏离了各种预先定义的限制，可能使探测器处于危险中，该系统就会执行预先编程的中止任务。

       如果发生这种情况，NASA将重新组织任务团队并在稍后的日期再次尝试。探测器缓慢稳定的下降过程大约需要4个小时，然后在大约125米的高度进行所谓的“检查点”（Checkpoint）机动。

       OSIRIS-REx探测器是美国第一个旨在将小行星碎片带回地球的任务。

       随着推进器的再一次点火，缓慢的下降将变得更陡、更快，探测器也越来越接近小行星表面。大约11分钟后，将进行第三次也是最后一次机动，即“赛末点”（Matchpoint）。此时，计算机系统将使用推进器，将探测器稳定在距离着陆点54米的高度。OSIRIS-REx探测器将再次放慢速度，并试图在接近小行星之前与其旋转相匹配。

       NASA预测，OSIRIS-REx探测器在小行星表面着陆的时间不会超过16秒。之后，探测器的氮气瓶将喷出气体，从贝努的表面吹起碎屑。探测器将在再次点火前尝试采集一些碎屑，然后撤到安全的轨道上。在这次具有里程碑意义的着陆后一周，NASA才能知道是否能成功获得约60克的小行星物质。

       10月22日，一架机载照相机将对可伸缩采样臂进行拍摄，以查看是否采集了任何物质。10月24日，OSIRIS-REx探测器将尝试确定这些物质的质量。如果采样量足够，这些物质将被安全地包装起来，放在“样品返回舱”（Sample Return Capsule，简称SRC）中，开始返回地球的旅程。

       如果采样量不能令NASA满意，OSIRIS-REx探测器将返回小行星上方并再次尝试，因为探测器携带了足够的氮气，可以进行三次尝试。如果真的发生这种情况，NASA将放弃“夜莺”，将降落点改为备用的“鱼鹰”（Osprey），并且最早也要到2021年1月才会再次着陆。

       贝努表面的灶神星碎片

       NASA拍摄的小行星“贝努”的图像显示，它的表面还有另一颗小行星的碎片，而且“极其明亮”。这些碎片来自灶神星（Vesta），大小从1.5米到4.3米不等，散布在贝努的南半球及其中心附近。

       NASA拍摄的小行星“贝努”的图像显示，它的表面还有另一颗小行星的碎片，而且“极其明亮”。这些碎片来自灶神星（Vesta），大小从1.5米到4.3米不等，散布在贝努的南半球及其中心附近。

       研究人员从OSIRIS-REx探测器的图像中检测到了这些巨石，它们看起来比周围的深色富碳区域要明亮得多。探测器使用机载光谱仪分析了这些碎片，发现了辉石矿物的迹象——这是灶神星上的一种已知化合物。

       NASA研究人员认为，这些物质来自贝努的母小行星，后者受到了灶神星碎片的撞击。NASA戈达德太空飞行中心的汉娜·卡普兰说：“我们的主要假设是，一块灶神星的碎片撞击了贝努的母小行星，之后贝努就从母小行星那里‘继承’了这些物质。后来，当这颗母小行星发生灾难性的断裂时，它的一部分碎片在自身重力作用下聚集形成了贝努，包括一些来自灶神星的辉石。”

       小行星“贝努”，由OSIRIS-REx探测器拍摄于2018年12月2日。

       OSIRIS-REx探测器任务将如何从小行星上获取样品？

       科学家表示，这颗古老的小行星可能含有生命起源的线索。据信，它形成于45亿年前，携带着太阳系诞生时的残余物质。

       OSIRIS-REx探测器于美国东部时间2016年9月8日19时05分搭载阿特拉斯5号火箭发射升空。在仔细调查了贝努小行星的特征并确定最合适的取样地点后，OSIRIS-REx探测器将使用机械臂收集约60至2000克的小行星表面物质，并在2023年通过一个可拆卸的太空舱将样品送回地球。

       为了在小行星表面采集样本，OSIRIS-REx探测器将在一个特定区域上空盘旋，然后以每秒10厘米的速度缓慢而轻柔地降落。探测器还携带着激光高度计和亚利桑那大学提供的一套摄像机，以及光谱仪和激光雷达。