OSIRIS-REx航天器携带小行星样本前往地球

经过近5年的太空探索，美国宇航局的“起源、光谱解释、资源识别、安全、风化层探测器”(OSIRIS-REx)宇宙飞船正带着来自近地小行星贝努的大量岩石和尘埃返回地球。

5月10日，星期一，美国东部时间下午4点23分，飞船的主引擎全速运转了7分钟，这是自2018年抵达贝努以来最重要的一次机动。这一燃烧力推动宇宙飞船以600英里每小时(近1000公里每小时)的速度远离小行星，使其开始为期2.5年的地球之旅。

在释放样本胶囊后，OSIRIS-REx将完成它的主要任务。它将启动其引擎，安全地飞过地球，使其在金星轨道内绕太阳运行。

在围绕太阳两圈后，OSIRIS-REx航天器将于2023年9月24日到达地球。返回时，装有贝努样本的太空舱将与航天器的其他部分分离，并进入地球的大气层。该太空舱将用降落伞降落到到犹他州西沙漠的犹他州测试和训练场，科学家们将在那里等待回收它。

“OSIRIS-REx的许多成就证明了探索实时展开的大胆和创新方式，”NASA总部科学副局长托马斯·泽布臣（Thomas Zurbuchen）说。“该团队迎接了挑战，现在我们将太阳系的一块原始碎片并将其送回地球，一代又一代的研究人员可以解开它的秘密。”

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为了实现这项多年计划，十几名导航工程师进行了计算，并编写了计算机代码来指导飞船何时以及如何将自己推离推离贝努。从贝努出发后，将样本安全带回地球是该团队的下一个关键目标。这包括计划未来的机动，使航天器在整个旅程中保持正确的方向。

“我们之前的整个思维方式一直是‘相对于贝努，我们在太空中处于什么位置？’”美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心副项目经理迈克·莫罗说。“现在我们的思维已经转向了‘航天器相对于地球处于什么位置？’”

影像来源：NASA

帮助航天器确定与贝努有关的方向的导航相机在拍摄了小行星的最后一张图片后，于4月9日被关闭。随着贝努出现在后视镜，工程师们正在利用NASA的全球航天器通信设施的深空网络，通过向OSIRIS-REx发送无线电信号来引导它。通过测量从航天器转发器返回的电波的频率，工程师们可以知道OSIRIS-REx的移动速度。工程师们测量无线电信号从航天器传回地球所需的时间，以确定其位置。

超出任务预期

5月10日的启程日期根据本努与地球的路线来确定的。此次返航的目标是在2023年9月将航天器送到距离地球约6000英里(约10000公里)的范围内。虽然OSIRIS-REx仍然有大量的燃料剩余，但该团队正在努力尽可能地保留更多的燃料，以便在将样品舱返回地球后，进行对另一颗小行星的潜在扩展任务。该团队将在今年夏天调查这一任务的可行性。

航天器的航向将主要由太阳引力决定，但工程师将需要偶尔通过点燃引擎进行小的航向调整。

位于加州西米谷的KinetX航空航天公司的OSIRIS-REx导航负责人彼得·安特里西亚（Peter Antreasian）说：“我们需要进行定期修正，使轨道越来越接近地球大气层，以便释放样品，并考虑到自上次燃烧以来可能积累的小误差。”

该团队将在返回地球前的几周内进行航向调整，以精确定位样品舱释放到地球大气层的位置和角度。角度太低可能会导致太空舱像跳出湖面的小石子一样弹出大气层；角度太高，太空舱可能会因为大气层的摩擦和热量而燃烧起来。如果OSIRIS-REx未能释放太空舱，该团队有一个备用计划，让它驶离地球，并在2025年再次尝试。

“团队内部对航天器离开贝努有很大的情绪，”莫罗说。“我认为每个人都有一种巨大的成就感，因为我们面对所有这些艰巨的任务，并且能够完成抛给我们的所有目标。但是也有一些怀念和失望，因为这部分任务即将结束。”

OSIRIS-REx超过了许多预期。最近，在COVID-19全球大流行的情况下，该团队完美地执行了任务中最关键的操作，从贝努的表面采集了超过2盎司（60克）的土壤。

在收集样本之前，一些意外情况使团队保持警惕。例如，在航天器进入围绕贝努的第一个轨道一周后，即2018年12月31日，团队意识到这颗小行星正在向太空释放小块的岩石。

莫罗说:“我们必须尽快确认从贝努表面喷射出来的小石块不会对航天器造成危害。”

到达小行星后，团队成员还惊讶地发现贝努上布满了巨石。

“我们真的有这样的想法，我们到达的是一个拥有开放地带的小行星。”图森亚利桑那大学的奥西里斯-雷克斯副首席研究员希瑟·伊诺斯（Heather Enos）说。“现实非常令人震惊。”

为了克服贝努表面的极端和意外的崎岖，工程师们不得不迅速开发一种更精确的导航技术，以瞄准比预期更小的地点进行样品采集。

OSIRIS-REx任务在确认和驳斥一些科学发现方面都发挥了作用。在这些被证实的发现中，有一项技术是利用来自地球的观测结果来预测小行星上的矿物将富含碳元素并显示出古代水的迹象。一个被证明不成功的发现是贝努将有一个光滑的表面，这是科学家通过测量其表面辐射的热量而预测的。

科学家们将利用从贝努收集到的信息来完善理论模型并改进未来的预测。

伊诺斯说：“这项任务强调了为什么我们必须以多种方式进行科学和探索——从地球和近距离的太空——因为假设和模型就是如此。”

戈达德为OSIRIS-REx提供整体任务管理、系统工程以及安全和任务保证。位于图森的亚利桑那大学的但丁·劳雷塔(Dante Lauretta)是首席研究员。该大学领导科学团队和任务的科学观测计划和数据处理。位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁航天公司建造了该航天器并提供飞行操作。戈达德和KinetX航天公司负责为OSIRIS-REx航天器导航。OSIRIS-REx是美国宇航局新前沿计划的第三个任务，由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔空间飞行中心为该机构的科学任务理事会华盛顿分部管理。

有关OSIRIS-REx的更多信息，请访问：

http://www.nasa.gov/osiris-rex

参考来源：

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-osiris-rex-spacecraft-heads-for-earth-with-asteroid-sample