La NASA dà il via libera a OSIRIS-REx
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La missione OSIRIS-REx sta per entrare nel vivo. La NASA e la United Launch Alliance hanno dato oggi il loro permesso a procedere con il primo tentativo di lancio, che avverrà all'interno di una finestra di due ore che si aprirà all'1:05 ora italiana nella notte tra l'8 e il 9 Settembre.La Launch Readiness Review, tenutasi oggi, non ha portato alla luce alcun problema che potrebbe compromettere il lancio da Cape Canaveral. Il decollo di OSIRIS-REx inaugurerà un lungo viaggio interplanetario di andata e ritorno alla volta dell'asteroide Bennu.
La recente esplosione di un Falcon 9 della SpaceX, avvenuta a meno di due chilometri dalla sonda, ha allungato i processi di approvazione del lancio di OSIRIS-REx. Nonostante sia la sonda che il razzo Atlas V 411 fossero situati all'interno di un edificio al momento dell'esplosione e dunque non abbiano subito danni, gli ingegneri hanno dovuto effettuare delle pulizie straordinarie nei dintorni del sito di lancio, per scongiurare qualunque sorta di contaminazione. Inoltre, sono state eseguite approfondite analisi per individuare eventuali sistemi in comune tra la piattaforma di lancio di OSIRIS-REx e quella ormai distrutta del Falcon 9.
La recente esplosione di un Falcon 9 della SpaceX, avvenuta a meno di due chilometri dalla sonda, ha allungato i processi di approvazione del lancio di OSIRIS-REx. Nonostante sia la sonda che il razzo Atlas V 411 fossero situati all'interno di un edificio al momento dell'esplosione e dunque non abbiano subito danni, gli ingegneri hanno dovuto effettuare delle pulizie straordinarie nei dintorni del sito di lancio, per scongiurare qualunque sorta di contaminazione. Inoltre, sono state eseguite approfondite analisi per individuare eventuali sistemi in comune tra la piattaforma di lancio di OSIRIS-REx e quella ormai distrutta del Falcon 9.
Il trasferimento dell'Atlas V 441 con OSIRIS-REx alla piattaforma di lancio inizierà attorno alle 15 di domani ora italiana. Nelle ore successive, i serbatoi di cherosene del primo stadio verranno riempiti. I serbatoi dei carburanti criogenici - l'ossigeno liquido e l'idrogeno liquido - verranno riempiti Giovedì, durante il conto alla rovescia che inizierà circa sette ore prima dell'apertura della finestra di lancio.
L'ultimo bollettino diffuso dall'Air Force parla di un 80% di probabilità di condizioni favorevoli al momento del lancio. In seguito al passaggio dell'uragano Hermine la scorsa settimana, le condizioni nei cieli della Florida si sono stabilizzate e dovrebbero mantenersi costanti per i prossimi giorni. L'unica preoccupazione, al momento, è un ponte di cumuli tra uno e tre chilometri di quota. Le due finestre di lancio successive, previste per le due notti seguenti, mostrano un 70% di probabilità di condizioni favorevoli.
Il piano di volo
Il primo tentativo di decollo di OSIRIS-REx è previsto per le 01:05 ora italiana nella notte tra l'8 e il 9 Settembre 2016. La finestra di lancio durerà 34 giorni, con un’opportunità di decollo di due ore ogni giorno. A lanciare la sonda sarà un Atlas V, che volerà nella configurazione 411, ovvero con un unico razzo laterale a propulsione solida e uno stadio superiore Centaur.
Dopo due manovre da 8:04 e 06:50 minuti ciascuna, intervallate da una pausa di 21:25 minuti, il Centaur rilascerà la sonda su un’orbita iperbolica di fuga dalla Terra. La separazione della sonda avverrà 55 minuti e 38 secondi dopo il decollo, viaggiando a 19440 chilometri orari.
Una volta separatasi dallo stadio superiore, OSIRIS-REx inaugurerà una complessa sequenza di comandi pre-impostati che innescheranno l’apertura dei suoi pannelli solari e la metteranno in comunicazione con la Terra. Durante le sue prime settimane di volo, OSIRIS-REx verrà sottoposta a una lunga serie di test per verificare lo stato di tutti i suoi sistemi di bordo.
A Gennaio 2017, la sonda eseguirà una serie di manovre di correzione della propria traiettoria per prepararsi ad effettuare una fionda gravitazionale della Terra un anno dopo il lancio. Il flyby della Terra, previsto per Settembre 2017, impartirà alla sonda una spinta di 1870 chilometri orari, permettendole di raggiungere l’asteroide Bennu a fine 2018.
Avvicinandosi all’asteroide, OSIRIS-REx inizierà a rallentare la propria velocità relativa, in modo da arrivare il 18 Novembre 2018 a 5 chilometri dalla superficie a una velocità di soli 0,72 chilometri orari. La tabella di marcia della missione è molto flessibile, in modo da consentire, eventualmente, una partenza anticipata oppure una permanenza prolungata, a seconda di ciò che OSIRIS-REx incontrerà e scoprirà.
La sonda si terrà a 5 km dall’asteroide per i primi 20 giorni, realizzando una mappa preliminare della sua superficie. In questa prima fase di ricognizione, le fotocamere di OSIRIS-REx mapperanno almeno l’80 percento dell’asteroide ad alta risoluzione e a colori, consentendo agli scienziati di identificare una dozzina di potenziali siti di campionatura.
Successivamente, la sonda si calerà in un’orbita a un chilometro di quota dal centro di gravità (quindi a 500-750 metri dal suolo). A questa distanza, OSIRIS-REx mapperà i dodici siti a una risoluzione spaziale di 5 centimetri, riducendo la lista di candidati a quattro. Durante questa fase, che durerà 31 giorni, la sonda si troverà su un’orbita polare lungo il terminatore dell’asteroide, in modo che la pressione solare e l’attrazione gravitazionale di Bennu si compensino a vicenda e la sonda non si allontani o si avvicini alla superficie in maniera imprevedibile.
Al termine di questa fase, la sonda inaugurerà la sua campagna scientifica vera e propria. Per 63 giorni, tutti gli strumenti mapperanno l’intera superficie dell’asteroide. La caratterizzazione di Bennu proseguirà nella fase successiva, lunga 60 giorni. In una tipica giornata, OSIRIS-REx trascorrerà 11 ore a raccogliere dati e 13 a comunicare con la Terra e ricaricare le sue batterie.
La fase di ricognizione, destinata a durare 98 giorni, inizierà con la selezione del sito finale di campionatura. In questa fase, la sonda completerà dettagliatissime analisi del sito, studiando la sua composizione superficiale, la pendenza, l’elevazione del Sole, e molti altri parametri che dovranno essere valutati per garantire il successo delle operazioni di prelievo dei campioni.
Una volta ricevuto il via libera alle operazioni di campionatura, per OSIRIS-REx inizierà una fase di prova in cui la sonda verificherà, uno ad uno, tutti gli elementi della coreografia di estrazione dei campioni. La durata nominale di questa fase è 42 giorni; tuttavia, potrebbe durare fino a 227 giorni, nel caso la sonda dovesse riscontrare delle anomalie di natura tecnica.
La sonda eseguirà due simulazioni in vista del grande giorno. Nella prima simulazione, la sonda si porterà fino a 125 metri al di sopra del sito di atterraggio, in modo da verificare il meccanismo di apertura del braccio robotico e il corretto funzionamento dei sistemi di navigazione ad altitudini così ridotte. Se tutto andrà come previsto, pochi giorni dopo la sonda eseguirà una seconda simulazione. Invece di fermarsi a 125 metri di quota, OSIRIS-REx accenderà il suo propulsore per calarsi ancora più in giù. La sonda si arresterà una decina di minuti più tardi, quando, a 30-55 metri dalla superficie, riaccenderà il suo motore e con una manovra da 2,50 chilometri orari si riporterà in quota. Questa seconda simulazione verificherà in particolare le comunicazioni durante la fase di discesa e il sistema di controllo dell’assetto a sole ruote di reazione (indispensabile per mantenere il braccio robotico in posizione verticale rispetto alla superficie).
La fase di raccolta dei campioni durerà 23 giorni ed è provvisoriamente prevista per Luglio 2020. I dettagli verranno ufficializzati solo dopo l’analisi del comportamento di OSIRIS-REx durante le due (o più) simulazioni.
La raccolta dei campioni sarà affidata al dispositivo TAGSAM, che consiste in un meccanismo di campionatura attaccato all’estremità di un braccio robotico. Il meccanismo, progettato per fornire agli ingegneri fino a tre tentativi di campionatura, toccherà il suolo a una velocità di 0,4 chilometri orari entro 25 metri di distanza dal sito previsto. In seguito al contatto, tre valvole di azoto molecolare verranno aperte; sparato contro la superficie, il gas alzerà un polverone di materiale che verrà catturato dall’estremità del braccio, a contatto con il suolo. Il dispositivo è in grado di prelevare da 60 a 2000 grammi di materiale. Il contatto con la superficie durerà da 5 a 20 secondi, a seconda della consistenza del suolo; poi, la sonda riattiverà i suoi propulsori e si darà una spinta di 2,5 chilometri orari all’indietro – sufficiente a strapparsi dal campo gravitazionale dell’asteroide.
Riportatasi su un’orbita sicura, OSIRIS-REx valuterà il campione ottenuto e, se gli scienziati lo riterranno soddisfacente, lo riporrà all’interno della capsula di rientro. A questo punto, inizieranno 499 giorni di silenzio, in cui la sonda attenderà in prossimità dell’asteroide una geometria orbitale favorevole al suo rientro sulla Terra. Non sono previste campagne scientifiche per questa fase, ma ciò potrebbe cambiare a seconda dell’evoluzione della missione.
Il piano di volo prevede che OSIRIS-REx lasci Bennu il 3 Marzo 2021. Tuttavia, la data effettiva potrebbe variare tra il 3 Gennaio 2020 e il 10 Aprile 2022, a seconda del progresso della sonda. Una manovra di 1180 chilometri orari sancirà ufficialmente l’addio di OSIRIS-REx a Bennu.
La capsula di rientro si staccherà dal corpo della sonda 4 ore prima di incontrare la Terra. In seguito alla separazione, OSIRIS-REx eseguirà una manovra per schivare il pianeta; dopo essere passata a 250 km di quota, la sonda entrerà in un’orbita eliocentrica e potrà iniziare una nuova missione, se sarà ritenuto possibile. La capsula di rientro, invece, precipiterà nei cieli terrestri a 43900 chilometri orari, atterrando nello Utah nordoccidentale alle 16:38 ora italiana del 24 Settembre 2023.
Tre quarti dei campioni riportati da OSIRIS-REx (45 grammi nel caso la sonda riporti il minimo richiesto, ovvero 60 grammi) saranno archiviati per analisi future. Dei campioni restanti, 11.5 grammi verranno analizzati immediatamente. In totale, il campione coprirà almeno 75 centimetri quadri di superficie.
Gli strumenti scientifici
OSIRIS-REx dispone di tre occhi robotici, noti collettivamente come OCAMS. Il primo a essere utilizzato sarà PolyCam, che inizierà a spiare l’asteroide due milioni di chilometri prima dell’arrivo, il 17 Agosto 2018. Riuscendo a osservare stelle di dodicesima magnitudine, PolyCam giocherà un ruolo di primo piano nella navigazione della sonda durante il suo avvicinamento all’asteroide. Inoltre, i suoi dati verranno usati dagli astronomi per farsi un’idea preliminare della struttura, della rotazione, della curva di luce e di altre proprietà di Bennu che dalla Terra si possono solo intuire. Una volta in prossimità dell’asteroide, PolyCam abbandonerà la sua funzione di telescopio e si convertirà in una sorta di microscopio, riuscendo a mappare i dettagli sulla superficie dell’asteroide fino a due centimetri di risoluzione. Grazie alla sua duttilità, PolyCam verrà utilizzata per valutare almeno una dozzina di potenziali siti di atterraggio sul suolo dell’asteroide.
La seconda fotocamera, MapCam, verrà utilizzata per inquadrare l’asteroide nella sua complessità. Gli obiettivi scientifici della fotocamera includono la ricerca di eventuali satelliti naturali e pennacchi di degassamento. Dotata di otto filtri, MapCam mapperà l’intera superficie dell’asteroide a diverse lunghezze d’onda.
L’ultima delle OCAMS è SamCam, una fotocamera che verrà attivata in prossimità della superficie. SamCam è la fotocamera deputata a studiare da vicino il sito di prelievo dei campioni e ad assicurarsi della corretta estrazione del materiale dal suolo dell’asteroide. La fotocamera dispone di tre filtri, nel caso un primo (ed eventualmente anche un secondo) tentativo di prelievo dei campioni dovesse fallire e la fotocamera dovesse ritrovarsi coperta dal materiale sollevato. Durante l’estrazione vera e propria, SamCam scatterà una fotografia al secondo, documentando lo stato del terreno sia prima che dopo l’estrazione. L’ampio campo coperto da SamCam, pari a 21 gradi, consentirà inoltre agli scienziati di avere la conferma visiva dell’esito dell’estrazione.
L’altimetro laser canadese OLA avrà il compito di costruire mappe topografiche ad alta risoluzione di Bennu. L’altimetro è dotato di due dispositivi in grado di sparare fino a 10 mila impulsi laser in direzione dell’asteroide; misurando il tempo impiegato dai raggi a rimbalzare contro la superficie e colpire un rilevatore su OSIRIS-REx, OLA riuscirà a determinare la distanza (e quindi l’altitudine) della superficie e la sua conformazione. Nel corso della missione, OLA – progettato a partire dal radar che guidò l’atterraggio del lander Phoenix su Marte nel 2008 – mapperà l’intero asteroide fino a una risoluzione di 7 centimetri. I suoi dati verranno utilizzati per calcolare il centro di gravità, la densità e l’eterogeneità dell’asteroide, agevolare la navigazione della sonda in prossimità della superficie e calcolare la pendenza del sito di campionatura, in modo da perfezionare la traiettoria di discesa di OSIRIS-REx.
OVIRS è uno dei tre spettrometri a bordo di OSIRIS-REx. Studiando l’asteroide nel visibile e nell’infrarosso, OVIRS determinerà la composizione e la mineralogia della superficie, collaborando alla ricerca di materiali organici su Bennu. Lo spettrometro opera tra 0.4 e 4.2 micrometri di lunghezza d’onda e avrà una risoluzione spaziale massima di 20 metri. La sua risoluzione spettrale risulta invece di 7.5, 13 e 22 nanometri per ciascuno dei suoi tre filtri (400-900, 900-1900 e 1900-4200 nanometri, rispettivamente). Uno dei tre filtri, in particolare, è studiato proprio per osservare una serie di impronte spettrali caratteristiche di vari materiali organici osservati di recente su altri asteroidi.
Un altro spettrometro a bordo di OSIRIS-REx è OTES. Operando nell’infrarosso termico, per la precisione tra 4 e 50 micrometri, OTES sarà in grado di mappare l’emissione termica dell’asteroide e identificare tutti i minerali osservati finora nella popolazione asteroidale, compreso il contenuto acquoso di ciascun minerale. OTES riuscirà anche a misurare con precisione la dimensione delle particelle che costituiscono la regolite di Bennu. Gli studi termici condotti da OTES saranno indispensabili per quantificare l’effetto Yarkovsky all’opera su Bennu.
REXIS conclude il trio di spettrometri di OSIRIS-REx. Lo strumento misurerà i raggi-X molli emessi per effetto della fluorescenza indotta dal Sole, al fine di mappare la distribuzione di vari elementi – tra cui magnesio, ferro, zolfo e silicio. A causa della sua dipendenza solare, le misurazioni di REXIS dovranno essere calibrate con lo stato delle attività solari presenti al momento delle osservazioni. Lo strumento avrà una risoluzione spaziale massima di 5.6 metri.
Come per molte altre missioni, gli scienziati tenteranno di mappare la struttura interna di Bennu studiando i segnali radio inviati da OSIRIS-REx. La distribuzione della massa all’interno di Bennu, infatti, provoca turbolenze nel campo gravitazionale dell’asteroide che strattonano lievemente di qua e di là la sonda, manifestandosi come cambiamenti di frequenza (il cosiddetto effetto Doppler) nelle comunicazioni con la Terra.
La destinazione e gli obiettivi scientifici
L’asteroide 1999 RQ36, o semplicemente Bennu, è la destinazione di OSIRIS-REx. Degli oltre 500 mila asteroidi conosciuti, più di 7000 sono oggetti near-Earth, ovvero con orbite che li portano di tanto in prossimità della Terra; tra questi, 192 hanno orbite che rendono una missione di andata e ritorno possibile; di essi, 26 hanno un diametro di oltre 200 metri. L’asteroide Bennu è uno dei cinque asteroidi carbonacei appartenenti a questi famiglia. La sua scoperta, risalente all’11 Settembre 1999, porta la firma del programma LINEAR. Le analisi eseguite dalla Terra suggeriscono che si tratti di un asteroide di tipo B e che sia caratterizzato da una albedo molto bassa. Con un diametro stimato intorno ai 575 metri, Bennu è un obiettivo perfetto per OSIRIS-REx: finora, nessuna sonda ha mai visitato un asteroide di tipo B. L’unica missione ad essersi avvicinata ad un asteroide carbonaceo fu NEAR, che il 27 Giugno 1997 sfiorò l’asteroide Mathilde.
Gli obiettivi della missione includono la raccolta di campioni di regolite dalla superficie dell’asteroide per caratterizzare la natura, la storia e la distribuzione dei vari minerali e di eventuali materiali organici. Mappando le proprietà chimiche e mineralogiche globali, OSIRIS-REx sarà in grado di ricostruire la storia geologica e l’evoluzione dinamica di Bennu, facendo luce sulla formazione dell’intera popolazione asteroidale. Inoltre, Bennu è di particolare interesse in quanto potrebbe minacciare la Terra in un lontano futuro. Le analisi orbitali mostrano almeno otto potenziali collisioni con la Terra tra il 2169 e il 2199; quasi sicuramente, lo studio dell’orbita di Bennu azzererà le probabilità di impatto, ma l’interesse scientifico rimane.
In questo senso, gli studi di OSIRIS-REx saranno rivoluzionari, in quanto per la prima volta ci permetteranno di misurare l’effetto Yarkovsky in un asteroide potenzialmente pericoloso. Questo effetto è dovuto al riscaldamento del Sole: le radiazioni della nostra stella riscaldano la superficie di Bennu fino a 6 gradi centigradi. Poi, però, la rotazione dell’asteroide porta inevitabilmente alcune regioni a tornare nell’ombra; a questo punto, le aree non più illuminate iniziano a perdere il loro calore nello spazio profondo. Questa differenza tra l’angolo di assorbimento dei fotoni e quello di emissione provoca un leggero ma continuo rallentamento dell'asteroide che può influenzare notevolmente l’evoluzione orbitale futura di un corpo così piccolo. Ad esempio, l’asteroide Golveka, largo 1.4 chilometri, è stato osservato deviare di 15 chilometri rispetto alla posizione prevista nell’arco di 12 anni a causa dell’effetto Yarkovsky. Studiando i meccanismi che regolano questo fenomeno, OSIRIS-REx permetterà agli scienziati di generare modelli molto precisi sull’evoluzione orbitale futura di Bennu e di centinaia di altri asteroidi potenzialmente pericolosi.
Il primo tentativo di decollo di OSIRIS-REx è previsto per le 01:05 ora italiana nella notte tra l'8 e il 9 Settembre 2016. La finestra di lancio durerà 34 giorni, con un’opportunità di decollo di due ore ogni giorno. A lanciare la sonda sarà un Atlas V, che volerà nella configurazione 411, ovvero con un unico razzo laterale a propulsione solida e uno stadio superiore Centaur.
Dopo due manovre da 8:04 e 06:50 minuti ciascuna, intervallate da una pausa di 21:25 minuti, il Centaur rilascerà la sonda su un’orbita iperbolica di fuga dalla Terra. La separazione della sonda avverrà 55 minuti e 38 secondi dopo il decollo, viaggiando a 19440 chilometri orari.
Una volta separatasi dallo stadio superiore, OSIRIS-REx inaugurerà una complessa sequenza di comandi pre-impostati che innescheranno l’apertura dei suoi pannelli solari e la metteranno in comunicazione con la Terra. Durante le sue prime settimane di volo, OSIRIS-REx verrà sottoposta a una lunga serie di test per verificare lo stato di tutti i suoi sistemi di bordo.
A Gennaio 2017, la sonda eseguirà una serie di manovre di correzione della propria traiettoria per prepararsi ad effettuare una fionda gravitazionale della Terra un anno dopo il lancio. Il flyby della Terra, previsto per Settembre 2017, impartirà alla sonda una spinta di 1870 chilometri orari, permettendole di raggiungere l’asteroide Bennu a fine 2018.
Avvicinandosi all’asteroide, OSIRIS-REx inizierà a rallentare la propria velocità relativa, in modo da arrivare il 18 Novembre 2018 a 5 chilometri dalla superficie a una velocità di soli 0,72 chilometri orari. La tabella di marcia della missione è molto flessibile, in modo da consentire, eventualmente, una partenza anticipata oppure una permanenza prolungata, a seconda di ciò che OSIRIS-REx incontrerà e scoprirà.
La sonda si terrà a 5 km dall’asteroide per i primi 20 giorni, realizzando una mappa preliminare della sua superficie. In questa prima fase di ricognizione, le fotocamere di OSIRIS-REx mapperanno almeno l’80 percento dell’asteroide ad alta risoluzione e a colori, consentendo agli scienziati di identificare una dozzina di potenziali siti di campionatura.
Successivamente, la sonda si calerà in un’orbita a un chilometro di quota dal centro di gravità (quindi a 500-750 metri dal suolo). A questa distanza, OSIRIS-REx mapperà i dodici siti a una risoluzione spaziale di 5 centimetri, riducendo la lista di candidati a quattro. Durante questa fase, che durerà 31 giorni, la sonda si troverà su un’orbita polare lungo il terminatore dell’asteroide, in modo che la pressione solare e l’attrazione gravitazionale di Bennu si compensino a vicenda e la sonda non si allontani o si avvicini alla superficie in maniera imprevedibile.
Al termine di questa fase, la sonda inaugurerà la sua campagna scientifica vera e propria. Per 63 giorni, tutti gli strumenti mapperanno l’intera superficie dell’asteroide. La caratterizzazione di Bennu proseguirà nella fase successiva, lunga 60 giorni. In una tipica giornata, OSIRIS-REx trascorrerà 11 ore a raccogliere dati e 13 a comunicare con la Terra e ricaricare le sue batterie.
La fase di ricognizione, destinata a durare 98 giorni, inizierà con la selezione del sito finale di campionatura. In questa fase, la sonda completerà dettagliatissime analisi del sito, studiando la sua composizione superficiale, la pendenza, l’elevazione del Sole, e molti altri parametri che dovranno essere valutati per garantire il successo delle operazioni di prelievo dei campioni.
Una volta ricevuto il via libera alle operazioni di campionatura, per OSIRIS-REx inizierà una fase di prova in cui la sonda verificherà, uno ad uno, tutti gli elementi della coreografia di estrazione dei campioni. La durata nominale di questa fase è 42 giorni; tuttavia, potrebbe durare fino a 227 giorni, nel caso la sonda dovesse riscontrare delle anomalie di natura tecnica.
La sonda eseguirà due simulazioni in vista del grande giorno. Nella prima simulazione, la sonda si porterà fino a 125 metri al di sopra del sito di atterraggio, in modo da verificare il meccanismo di apertura del braccio robotico e il corretto funzionamento dei sistemi di navigazione ad altitudini così ridotte. Se tutto andrà come previsto, pochi giorni dopo la sonda eseguirà una seconda simulazione. Invece di fermarsi a 125 metri di quota, OSIRIS-REx accenderà il suo propulsore per calarsi ancora più in giù. La sonda si arresterà una decina di minuti più tardi, quando, a 30-55 metri dalla superficie, riaccenderà il suo motore e con una manovra da 2,50 chilometri orari si riporterà in quota. Questa seconda simulazione verificherà in particolare le comunicazioni durante la fase di discesa e il sistema di controllo dell’assetto a sole ruote di reazione (indispensabile per mantenere il braccio robotico in posizione verticale rispetto alla superficie).
La fase di raccolta dei campioni durerà 23 giorni ed è provvisoriamente prevista per Luglio 2020. I dettagli verranno ufficializzati solo dopo l’analisi del comportamento di OSIRIS-REx durante le due (o più) simulazioni.
La raccolta dei campioni sarà affidata al dispositivo TAGSAM, che consiste in un meccanismo di campionatura attaccato all’estremità di un braccio robotico. Il meccanismo, progettato per fornire agli ingegneri fino a tre tentativi di campionatura, toccherà il suolo a una velocità di 0,4 chilometri orari entro 25 metri di distanza dal sito previsto. In seguito al contatto, tre valvole di azoto molecolare verranno aperte; sparato contro la superficie, il gas alzerà un polverone di materiale che verrà catturato dall’estremità del braccio, a contatto con il suolo. Il dispositivo è in grado di prelevare da 60 a 2000 grammi di materiale. Il contatto con la superficie durerà da 5 a 20 secondi, a seconda della consistenza del suolo; poi, la sonda riattiverà i suoi propulsori e si darà una spinta di 2,5 chilometri orari all’indietro – sufficiente a strapparsi dal campo gravitazionale dell’asteroide.
Riportatasi su un’orbita sicura, OSIRIS-REx valuterà il campione ottenuto e, se gli scienziati lo riterranno soddisfacente, lo riporrà all’interno della capsula di rientro. A questo punto, inizieranno 499 giorni di silenzio, in cui la sonda attenderà in prossimità dell’asteroide una geometria orbitale favorevole al suo rientro sulla Terra. Non sono previste campagne scientifiche per questa fase, ma ciò potrebbe cambiare a seconda dell’evoluzione della missione.
Il piano di volo prevede che OSIRIS-REx lasci Bennu il 3 Marzo 2021. Tuttavia, la data effettiva potrebbe variare tra il 3 Gennaio 2020 e il 10 Aprile 2022, a seconda del progresso della sonda. Una manovra di 1180 chilometri orari sancirà ufficialmente l’addio di OSIRIS-REx a Bennu.
La capsula di rientro si staccherà dal corpo della sonda 4 ore prima di incontrare la Terra. In seguito alla separazione, OSIRIS-REx eseguirà una manovra per schivare il pianeta; dopo essere passata a 250 km di quota, la sonda entrerà in un’orbita eliocentrica e potrà iniziare una nuova missione, se sarà ritenuto possibile. La capsula di rientro, invece, precipiterà nei cieli terrestri a 43900 chilometri orari, atterrando nello Utah nordoccidentale alle 16:38 ora italiana del 24 Settembre 2023.
Tre quarti dei campioni riportati da OSIRIS-REx (45 grammi nel caso la sonda riporti il minimo richiesto, ovvero 60 grammi) saranno archiviati per analisi future. Dei campioni restanti, 11.5 grammi verranno analizzati immediatamente. In totale, il campione coprirà almeno 75 centimetri quadri di superficie.
Gli strumenti scientifici
OSIRIS-REx dispone di tre occhi robotici, noti collettivamente come OCAMS. Il primo a essere utilizzato sarà PolyCam, che inizierà a spiare l’asteroide due milioni di chilometri prima dell’arrivo, il 17 Agosto 2018. Riuscendo a osservare stelle di dodicesima magnitudine, PolyCam giocherà un ruolo di primo piano nella navigazione della sonda durante il suo avvicinamento all’asteroide. Inoltre, i suoi dati verranno usati dagli astronomi per farsi un’idea preliminare della struttura, della rotazione, della curva di luce e di altre proprietà di Bennu che dalla Terra si possono solo intuire. Una volta in prossimità dell’asteroide, PolyCam abbandonerà la sua funzione di telescopio e si convertirà in una sorta di microscopio, riuscendo a mappare i dettagli sulla superficie dell’asteroide fino a due centimetri di risoluzione. Grazie alla sua duttilità, PolyCam verrà utilizzata per valutare almeno una dozzina di potenziali siti di atterraggio sul suolo dell’asteroide.
La seconda fotocamera, MapCam, verrà utilizzata per inquadrare l’asteroide nella sua complessità. Gli obiettivi scientifici della fotocamera includono la ricerca di eventuali satelliti naturali e pennacchi di degassamento. Dotata di otto filtri, MapCam mapperà l’intera superficie dell’asteroide a diverse lunghezze d’onda.
L’ultima delle OCAMS è SamCam, una fotocamera che verrà attivata in prossimità della superficie. SamCam è la fotocamera deputata a studiare da vicino il sito di prelievo dei campioni e ad assicurarsi della corretta estrazione del materiale dal suolo dell’asteroide. La fotocamera dispone di tre filtri, nel caso un primo (ed eventualmente anche un secondo) tentativo di prelievo dei campioni dovesse fallire e la fotocamera dovesse ritrovarsi coperta dal materiale sollevato. Durante l’estrazione vera e propria, SamCam scatterà una fotografia al secondo, documentando lo stato del terreno sia prima che dopo l’estrazione. L’ampio campo coperto da SamCam, pari a 21 gradi, consentirà inoltre agli scienziati di avere la conferma visiva dell’esito dell’estrazione.
L’altimetro laser canadese OLA avrà il compito di costruire mappe topografiche ad alta risoluzione di Bennu. L’altimetro è dotato di due dispositivi in grado di sparare fino a 10 mila impulsi laser in direzione dell’asteroide; misurando il tempo impiegato dai raggi a rimbalzare contro la superficie e colpire un rilevatore su OSIRIS-REx, OLA riuscirà a determinare la distanza (e quindi l’altitudine) della superficie e la sua conformazione. Nel corso della missione, OLA – progettato a partire dal radar che guidò l’atterraggio del lander Phoenix su Marte nel 2008 – mapperà l’intero asteroide fino a una risoluzione di 7 centimetri. I suoi dati verranno utilizzati per calcolare il centro di gravità, la densità e l’eterogeneità dell’asteroide, agevolare la navigazione della sonda in prossimità della superficie e calcolare la pendenza del sito di campionatura, in modo da perfezionare la traiettoria di discesa di OSIRIS-REx.
OVIRS è uno dei tre spettrometri a bordo di OSIRIS-REx. Studiando l’asteroide nel visibile e nell’infrarosso, OVIRS determinerà la composizione e la mineralogia della superficie, collaborando alla ricerca di materiali organici su Bennu. Lo spettrometro opera tra 0.4 e 4.2 micrometri di lunghezza d’onda e avrà una risoluzione spaziale massima di 20 metri. La sua risoluzione spettrale risulta invece di 7.5, 13 e 22 nanometri per ciascuno dei suoi tre filtri (400-900, 900-1900 e 1900-4200 nanometri, rispettivamente). Uno dei tre filtri, in particolare, è studiato proprio per osservare una serie di impronte spettrali caratteristiche di vari materiali organici osservati di recente su altri asteroidi.
Un altro spettrometro a bordo di OSIRIS-REx è OTES. Operando nell’infrarosso termico, per la precisione tra 4 e 50 micrometri, OTES sarà in grado di mappare l’emissione termica dell’asteroide e identificare tutti i minerali osservati finora nella popolazione asteroidale, compreso il contenuto acquoso di ciascun minerale. OTES riuscirà anche a misurare con precisione la dimensione delle particelle che costituiscono la regolite di Bennu. Gli studi termici condotti da OTES saranno indispensabili per quantificare l’effetto Yarkovsky all’opera su Bennu.
REXIS conclude il trio di spettrometri di OSIRIS-REx. Lo strumento misurerà i raggi-X molli emessi per effetto della fluorescenza indotta dal Sole, al fine di mappare la distribuzione di vari elementi – tra cui magnesio, ferro, zolfo e silicio. A causa della sua dipendenza solare, le misurazioni di REXIS dovranno essere calibrate con lo stato delle attività solari presenti al momento delle osservazioni. Lo strumento avrà una risoluzione spaziale massima di 5.6 metri.
Come per molte altre missioni, gli scienziati tenteranno di mappare la struttura interna di Bennu studiando i segnali radio inviati da OSIRIS-REx. La distribuzione della massa all’interno di Bennu, infatti, provoca turbolenze nel campo gravitazionale dell’asteroide che strattonano lievemente di qua e di là la sonda, manifestandosi come cambiamenti di frequenza (il cosiddetto effetto Doppler) nelle comunicazioni con la Terra.
La destinazione e gli obiettivi scientifici
L’asteroide 1999 RQ36, o semplicemente Bennu, è la destinazione di OSIRIS-REx. Degli oltre 500 mila asteroidi conosciuti, più di 7000 sono oggetti near-Earth, ovvero con orbite che li portano di tanto in prossimità della Terra; tra questi, 192 hanno orbite che rendono una missione di andata e ritorno possibile; di essi, 26 hanno un diametro di oltre 200 metri. L’asteroide Bennu è uno dei cinque asteroidi carbonacei appartenenti a questi famiglia. La sua scoperta, risalente all’11 Settembre 1999, porta la firma del programma LINEAR. Le analisi eseguite dalla Terra suggeriscono che si tratti di un asteroide di tipo B e che sia caratterizzato da una albedo molto bassa. Con un diametro stimato intorno ai 575 metri, Bennu è un obiettivo perfetto per OSIRIS-REx: finora, nessuna sonda ha mai visitato un asteroide di tipo B. L’unica missione ad essersi avvicinata ad un asteroide carbonaceo fu NEAR, che il 27 Giugno 1997 sfiorò l’asteroide Mathilde.
Gli obiettivi della missione includono la raccolta di campioni di regolite dalla superficie dell’asteroide per caratterizzare la natura, la storia e la distribuzione dei vari minerali e di eventuali materiali organici. Mappando le proprietà chimiche e mineralogiche globali, OSIRIS-REx sarà in grado di ricostruire la storia geologica e l’evoluzione dinamica di Bennu, facendo luce sulla formazione dell’intera popolazione asteroidale. Inoltre, Bennu è di particolare interesse in quanto potrebbe minacciare la Terra in un lontano futuro. Le analisi orbitali mostrano almeno otto potenziali collisioni con la Terra tra il 2169 e il 2199; quasi sicuramente, lo studio dell’orbita di Bennu azzererà le probabilità di impatto, ma l’interesse scientifico rimane.
In questo senso, gli studi di OSIRIS-REx saranno rivoluzionari, in quanto per la prima volta ci permetteranno di misurare l’effetto Yarkovsky in un asteroide potenzialmente pericoloso. Questo effetto è dovuto al riscaldamento del Sole: le radiazioni della nostra stella riscaldano la superficie di Bennu fino a 6 gradi centigradi. Poi, però, la rotazione dell’asteroide porta inevitabilmente alcune regioni a tornare nell’ombra; a questo punto, le aree non più illuminate iniziano a perdere il loro calore nello spazio profondo. Questa differenza tra l’angolo di assorbimento dei fotoni e quello di emissione provoca un leggero ma continuo rallentamento dell'asteroide che può influenzare notevolmente l’evoluzione orbitale futura di un corpo così piccolo. Ad esempio, l’asteroide Golveka, largo 1.4 chilometri, è stato osservato deviare di 15 chilometri rispetto alla posizione prevista nell’arco di 12 anni a causa dell’effetto Yarkovsky. Studiando i meccanismi che regolano questo fenomeno, OSIRIS-REx permetterà agli scienziati di generare modelli molto precisi sull’evoluzione orbitale futura di Bennu e di centinaia di altri asteroidi potenzialmente pericolosi.
La NASA dà il via libera a OSIRIS-REx
Reviewed by Pietro Capuozzo
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