Все мы знаем про уникальные полеты советских автоматических межпланетных станций (AMC) Луна-16 и Луна-20, доставивших на Землю 156 грамм лунного грунта. Ценность этих космических операций состоит в том, что они были выполнены в полностью автоматическом режиме. С той далекой поры прошло 50 лет, за которые ничего подобного сделано не было - если не считать доставки микроскопических пылинок американским зондом Stardust и японской станцией Hayabusa, которые работали с кометами и астероидами Солнечной системы. А также неудачного запуска российской АМС Фобос-грунт, которая даже не сумела покинуть земную орбиту.
И вот теперь - в третий раз в истории человечества происходит нечто эпическое. Позавчера американский зонд OSIRIS-REx собрал не пылинки, но камни прямо с поверхности астероида Бенну, находящегося в этот момент на расстоянии более 320 млн. км. от Земли, что в 840 раз дальше от Земли, чем Луна. Теперь для фиксации мирового достижения осталось доставить этот бесценный груз (космические камни) с астероида Бенну на Землю, что, впрочем, произойдет не скоро, а только через три года - в сентябре 2023 года. Так долго придется ждать возращения космического зонда от астероида Бенну!
Ракета-носитель Atlas 5
стартует с зондом OSIRIS-REx
Зонд OSIRIS-REx был запущен 8 сентября 2016 года c помощью ракеты-носителя Atlas 5 модификации 411 (с одним твердотопливным ускорителем). Здесь не обошлось без участия российского НПО "Энергомаш", поставившего для данной ракеты мощный ракетный двигатель РД-180. Он придал ракете первоначальный разгон, а в полет к астероиду Бенну ее отправила американская вторая ступень Centaur. Что касается самого астероида, то он назван в честь египетского бога Осириса. Официальная расшифровка названия звучит очень тяжеловесно: OSIRIS-REx - Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer и, к сожалению, не поддается полностью осмысленному переводу на русский язык.
Зато изюминка полета вполне ясна - дотронуться до астероида механической рукой и собрать с него реголит (обломки пород и минералов различного размера от пылинок до камней). Бенну, между прочим, это не только астероид Солнечной системы. Также это птица, появившаяся из сердца Осириса во время сотворения мира, послужившая прообразом древнегреческой птицы Феникс. Помещенная на небо, Бенну является углеродистым астероидом размером 560 метров, сохранившим на своей поверхности вещество времен происхождения Солнечной системы.
Зонд OSIRIS-REx имеет довольно внушительные размеры - 6.2 метра в размахе "крыльев" (солнечных батарей), 2.43 метра в ширину и 3.15 метра в высоту. На фоне 560-метрового астероида Бенну он смотрится примерно как птичка колибри около слона (т.е. можно разглядеть, если присмотреться). Подлетев к астероиду, зонд OSIRIS-REx получил его детальные фотографии и вышел на круговую орбиту - произошло это 31 декабря 2018 года. Ну а дальше начался долгий процесс изучения небесного тела и поиск места для сбора реголита. Для решения задач полета на зонде установлена различная научная аппаратура - блок камер для построения трехмерной модели астероида, лазерные дальномеры, три спектрометра, для инфракрасной, видимой и рентгеновской части спектра. Не будет преувеличением сказать, что рыхлый астероид Бенну из гидратированных минералов был рассмотрен со всех сторон и изучен даже лучше, чем наша родная планета Земля. И это не случайно - данный астероид, как и мифическая птица Бенну, является свидетелем сотворения мира. Такие вот они древние - астероиды!
Астероид Бенну
Операция по забору проб с астероида Бенну
Филигранная операция по забору проб с астероида Бенну прошла в автоматическом режиме без управления со стороны Земли. Последнее было бы невозможно, поскольку время прохождения сигнала Бенну-Земля-Бенну сейчас составляет 36 минут. Такая вот у нас большая Солнечная система, что свет по ней ходит ну прямо как автобус по маршруту во время пробок! Поэтому все маневры прошли, как говорят у автомобилистов, на 5 уровне автономности вождения по SAE, без участия человека.
"Осирис" сошел с орбиты, синхронизировал свою скорость с вращением астероида и вышел в намеченную точку посадки с точностью в 1 метр. Не садясь на астероид, он потрогал его своей механической 11-футовой рукой TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism). Механическая рука находилась на поверхности астероида в течение 6 секунд. И она несла отборник проб, заброс в который реголита был выполнен с помощью струи сжатого азота.
Рука зонда OSIRIS на астероиде Бенну
(видео по клику - 22 МБ)
Так был выполнен бесконтактный сбор древних материалов. После этого зонд отлетел от астероида. Вся операция потребовала точного расчета траектории вокруг малого небесного тела неправильной формы, что является сложной математической задачей.
Успех операции по сбору космического камня с астероида Бенну был подтвержден 20 (у нас 21) октября 2020 года. Вес взятых образцов составляет от 60 грамм до 2 кг - он будет определен точнее в течение ближайшей недели. Космические камни будут доставлены на Землю.
Дополнение: 24 октября стало известно, что TAGSAM закопался в рыхлую породу астероида на несколько сантиметров и собрал настолько много реголита, что крупные камни расклинили майларовый клапан. Из-за этого расклинивания происходит утечка более мелких образов в космическое пространство. Чтобы предотвратить потерю образцов, был отменен запланированный тормозной маневр для выхода на орбиту Бенну, т.е. аппарат OSIRIS будет постепенно удаляться от своего астероида, оставаясь на близкой к нему околосолнечной орбите. Также была отменена раскрутка зонда для точного определения массы собранных образцов - мы узнаем их вес только тогда, когда они будут доставлены на Землю.
Космический зонд OSIRIS возвращается домой
Итак, изучение астероида Бенну завершено! Зонд OSIRIS пробудет в окрестностях астероида Бенну до марта 2021 года, т.к. время было зарезервировано еще для двух попыток сбора породы - на случай, если первая попытка была бы признана неудачной. Но камней собрано более, чем достаточно и других попыток сбора породы не будет. Зонду OSIRIS остается только подождать до намеченного космическим расписанием времени старта к Земле, после чего этого ему предстоит долгий путь домой.
Советские зонды Луна-16 и Луна-20 летели от Луны до Земли всего несколько дней, но сейчас для возвращения на Земли потребуется два с половиной года, за которые зонд OSIRIS-REx преодолеет расстояние, в несколько раз превышающее расстояние от Земли до Солнца. И это притом, что Бенну - не дальний, а ближний астероид, орбита которого пересекает орбиту Земли, так что даже считается возможным столкновение этого небесного тела с нашей планетой!
Невольно вспоминается история о хитром таксисте, который возил пассажиров от Казанского до Ярославского вокзала через всю Москву. Но особенности небесной механики таковы, что даже между относительно близкими орбитами приходится лететь долго, чтобы уложиться в имеющийся запас ракетного топлива. Расстояния и скорости там совсем не такие, как в Москве! Так что космическое движение довольно сильно отличается от привычного нам автомобильного.
Американские межпланетные зонды исключительно надежны, но дальний полет вокруг Солнца связан с множеством опасностей, все из которых невозможно предупредить. Пожелаем успешного завершения экспедиции, вполне достойной имени древнего космического бога Осириса! Ее возращение на Землю поставит новые рекорды по дальности доставки и весу космического каменного груза и будет иметь большое научное значение.
Что касается столкновения астероида Бенну c Землей, то оно считается возможным c вероятностью 1:2700 в период с 2169 по 2199 год. Одна из задач экспедиции OSIRIS состоит в том, чтобы выяснить - как можно повлиять на траекторию астероида, чтобы это столкновение не произошло.
Анимация забора проб с поверхности астероида Бенну
Дальнейший путь космического зонда OSIRIS
Возвращение спускаемой капсулы на Землю состоялось спустя 3 года - 24 сентября 2023 года, а 11 октября НАСА опубликовало снимки образцов, которых набралось около 400 граммов. Зонд OSIRIS после облета Земли направился к астероиду Апофис в рамках новой миссии OSIRIS-APEX. Пролет астероида планируется на 21 апреля 2029 года, через 8 дней после его наибольшего сближения с Землей.
