NASA探测器实施小行星采样行动

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“奥西里斯-雷克斯”探测器要通过所谓的“一触即走”动作，利用机械臂从贝努小行星上完成采样

NASA“奥西里斯-雷克斯”探测器10月20日对贝努小行星实施了一次“一触即走”（TAG）式采样行动，以采集将送回地球的样品。从探测器上伸出的采样机械臂于美国东部时间下午6时12分（北京时间10月21日6时12分）触及小行星表面，在那里停留了数秒。探测器随后按预定计划退离贝努。

亚利桑那大学行星科学家、“奥西里斯-雷克斯”任务首席专家劳雷塔很快表示，此次采样行动进展堪称完美，探测器的表现看起来无可挑剔。不过，项目科学家可能还要再过几天才能知道到底采到了多少样品。根据计划，该探测器将在2021年3月从贝努附近离开。它将在2023年9月回到地球。样品返回容器届时将会在犹他试验与训练场着陆。

“奥西里斯-雷克斯”是NASA首个小行星采样探测器。该探测器的名字由“起源-光谱判读-资源辨识-安全-表土探测器”英文缩写（OSIRIS-REx）而来。总耗资估计为11.6亿美元的这项任务要研究的是太阳系早期情况和贝努这类富碳小行星是否可能为把生命要素带到地球发挥了作用。

本次一触即走式采样涉及一系列机动动作，以把探测器带到小行星表面。采样地点是名为“夜莺”的一座陨石坑，位于贝努的北半球，是一片遍布岩石的区域，直径16米。

为实施这次采样行动，该探测器自2018年起一直在绕贝努做轨道运行，对其进行详细研究，以搜寻最佳采样地点。采样区域要足够大，同时又要相对平坦，还要覆有细颗粒状物质。不过，事实证明，寻找这样的区域难度很大。探测器为此开展了多次额外的近距离飞越观测。在去年12月宣布敲定夜莺坑之前，任务团队还考虑过其它几个潜在位置，比如“鱼鹰”、“矶鹞”和“翠鸟”陨石坑。

这幅夜莺主采样地点图像上叠加了“奥西里斯-雷克斯”探测器的轮廓图，以显示该采样地点的大小

劳雷塔在宣布最终选址决定时曾解释称，夜莺坑脱颖而出完全是因为其科学价值。他说，夜莺坑地处高纬度，而这意味着那里能避开更靠近赤道位置的大昼夜温差，从而让有机物和含水矿物有更大的机会得以保存下来。另外，那里有很多细颗粒物，容易被采样机构吸取。劳雷塔说，事实上，夜莺坑内有许多深色物质，而那完全有可能标志着有机物的存在。而且，夜莺本身是一座看上去很年轻的小型撞击坑，从而意味着“奥西里斯-雷克斯”应能提取到最近才被翻出来（从而没怎么经过宇宙风化）的样品。

“奥西里斯-雷克斯”要通过3次机动来抵达贝努表面。第一步称为检查点机动，要利用推力器来调整探测器相对于夜莺坑的位置。当到达约54米的高度时，探测器要实施所谓的匹配点机动，以减缓下降速度，并对准一条路径，以在触地时与小行星的自转相匹配。探测器上名为“一触即走样品采集机构”（TAGSAM）的采样机械臂随后会同贝努表面接触不到16秒。机械臂一触地，三个增压氮气罐之一便会喷射出氮气，以期把尘埃和小块岩石搅动起来，以便由机械臂上的采样头采集并存放起来。

“奥西里斯-雷克斯”要利用天然地物跟踪，把小行星表面的实时图像同事先存储的照片进行比对，以引导其前往采样地点

探测器落到贝努表面要花大约4个小时。下降过程中，探测器要利用天然地物跟踪（NFT）来识别地标，并在必要时更新其位置，以绕开大块头的砾石，保证能安全地落到一个相对空旷的空间。

由于相距遥远，无法由地面实时控制，这些复杂的采样操作都要自主进行。若首次采样行动没能成功，探测器可利用备用的增压氮气罐再行尝试。任务团队希望能采集到60克到2公斤的样品。NASA称，这将是阿波罗登月计划以来从太空中运回的最大一批样品。

任务团队通过对夜莺坑进行研究确定了坑内的潜在危险区域，编制了一份障碍物地图，并将其编入探测器的导航系统。若NFT系统探测到某个危险地标，探测器会自主退走。这将让任务团队能够在随后重新安排进行采样尝试。

采到样品后，探测器要利用其推力器退离贝努。任务团队会通过拍摄TAGSAM取样头的照片来核实其是否含有表面物质。探测器还会在10月24日实施一个缓慢旋转动作，通过测量采样前后转动惯量的差异来测定样品重量，以保证采到了至少60克的物质，且能将其存放好，以在2023年送回地球。若未采到样品或是采样数量不够，探测器仍有机会再做两次尝试。第二次尝试很可能将选择作为备份采样地点的鱼鹰坑。

“奥西里斯-雷克斯”是2016年9月由联合发射联盟公司的宇宙神5火箭发射的，是NASA“新边疆”中级行星科学任务系列的第三项任务。前两项是“新视野”冥王星和柯伊伯带探测任务以及“朱诺”木星探测任务。

“奥西里斯-雷克斯”并不是眼下正在进行的唯一一项小行星采样回送任务。日本的“隼鸟”2探测器已成功地从龙宫小行星上采到了少许样品，按计划将在今年12月回到地球，届时将在澳大利亚着陆。

来源：航小宇