Un vaisseau spatial de la NASA est sur le point de ramasser des décombres d'astéroïdes

Une illustration de ce à quoi pourrait ressembler la manœuvre OSIRIS-REx TAGSAM alors que le vaisseau spatial descend vers Bennu pour collecter un échantillon. NASA/Goddard/Université d'Arizona

Depuis décembre 2018, le vaisseau spatial OSIRIS-REx orbite autour de l'astéroïde Bennu et tente d'en savoir plus sur sa chimie et sa géologie. Et pour cause : Bennu est une capsule temporelle, explique Thomas Zurbuchen, le chef de la direction des missions scientifiques de la NASA. Il existe depuis 4,5 milliards d'années et porte en lui l'histoire de cet environnement.

Si nous étudions en détail Bennu, long de 1 640 mètres, et d'autres astéroïdes similaires, nous pouvons potentiellement découvrir comment les ingrédients qui conduisent à la formation de planètes comme la Terre - et, éventuellement, à la vie - se rejoignent. Vient maintenant le plus dur : obtenir un échantillon.

OSIRIS-REx a déjà porté ses fruits dans une certaine mesure. En moins de deux ans, nous avons confirmé que Bennu est riche en matières organiques et en minéraux hydratés. Nous l'avons probablement appris avait autrefois d'énormes rivières d'eau coulant à l'intérieur de ses entrailles . Nous avons vu que c'est un astéroïde actif - il perd de la masse par l'éjection des débris . Nous avons également appris, contrairement à nos croyances initiales, que la surface de l'astéroïde n'est pas couverte de grains fins comme une plage de sable, mais plutôt couverte de rochers. C'est rugueux, rocheux et accidenté.

Mais toutes ces révélations sont pâles par rapport à ce que nous pourrions apprendre si nous pouvions obtenir ici des échantillons de Bennu pour que les scientifiques les étudient en laboratoire. C'est précisément l'objectif le 20 octobre, lorsque OSIRIS-REx plongera vers la surface de l'astéroïde et tentera de ramasser des gravats et de la poussière à la surface. Ce sera l'une des choses les plus difficiles que la NASA ait jamais tentées, se déroulant sur 4,5 heures à plus de 200 millions de kilomètres de la Terre. Ensuite, il doit ramener l'échantillon en toute sécurité au cours des trois prochaines années.

Les retours d'échantillons d'astéroïdes peuvent déjà vous sembler familiers - la mission japonaise Hayabusa 2 a collecté du matériel de l'astéroïde Ryugu et les ramènera en décembre. Mais contrairement à Hayabusa 2, qui utilisait balles spatiales à grande vitesse pour récupérer ces échantillons , OSIRIS-REx utilisera ce qui pourrait être décrit comme un aspirateur inversé.

Il s'appelle TAGSAM, abréviation de mécanisme d'acquisition d'échantillons touch-and-go. C'est un bras de 11 pieds de long avec une tête de collecte montée à l'extrémité. Au fur et à mesure que la tête se rapproche de l'astéroïde, elle projette de l'azote gazeux sur la surface dans le but de remuer le matériau vers la tête de collecte, idéalement toutes les particules de deux centimètres ou moins. Selon Olivia Billett, responsable scientifique de la mission chez Lockheed Martin, il s'agit d'un concept entièrement nouveau pour la collecte d'échantillons extraterrestres. La tête TAGSAM a été conçue par un ingénieur de Lockheed Martin dans son garage, travaillant simplement avec une canette d'air comprimé et un gobelet en plastique, dit-elle.

L'échantillonneur a été initialement conçu pour une plage sablonneuse d'une superficie de 165 pieds. Comme nous le savons maintenant, rien de tel n'existe sur Bennu. Au lieu de cela, l'équipe s'est maintenant installée sur Nightingale, un site de 52 pieds de diamètre situé à l'intérieur d'un cratère que l'on pense être bien conservé. Il y a des rochers de la taille des bâtiments entourant le site, et de nombreux autres gros rochers qui pourraient perturber la collecte d'échantillons ou détruire totalement le bras TAGSAM. Mais cela offre toujours la meilleure opportunité pour une collection sûre de matériel significatif.

Quelques nouvelles fonctionnalités ont également été développées pour essayer de garder la sonde en sécurité pendant la procédure. L'une consistait à supprimer un système de navigation et de guidage basé sur le lidar imprécis en faveur de suivi des caractéristiques naturelles (NFT), dans lequel une caméra optique prend en continu des images de la surface tout au long de la procédure TAGSAM de 4,5 heures et les traite pour mettre à jour l'estimation de la trajectoire de l'engin spatial. Selon Billett, c'est la première fois que le NFT est utilisé dans le cadre d'une mission spatiale. Comme il faut plus de 18 minutes pour que les communications aillent dans un sens entre la Terre et OSIRIS-REx, le contrôle autonome sera essentiel pour ajuster les manœuvres à la volée.

Voici comment la collection d'échantillons fonctionnera :

En préparation

L'équipe OSIRIS-REx a passé des semaines à saisir toutes les invites de commande appropriées pour manœuvrer minutieusement le vaisseau spatial afin que d'ici le 20 octobre, il soit exactement au bon endroit pour commencer le processus de collecte d'échantillons.

2 500 pieds au-dessus de la surface - 4,5 heures à partir du toucher des roues

Le vaisseau spatial commence une manœuvre pour quitter l'orbite et transiter vers Nightingale. Peu de temps après avoir quitté l'orbite, le bras TAGSAM est déployé, le vaisseau spatial tourne dans la bonne orientation et la caméra de navigation qui active le système NFT est redirigée vers la surface de Bennu. De là, le NFT travaillera pour déterminer en permanence la position d'OSIRIS-REx et assurer sa sécurité par rapport à une carte des dangers en surface.

410 pieds - 20 minutes du toucher des roues

Les panneaux solaires du vaisseau spatial sont pliés en position Y-wing. OSIRIS-REx déclenche ses propulseurs pour effectuer une brûlure au point de contrôle, ce qui garantit que le vaisseau spatial se dirige vers Nightingale.

177 pieds - 10 minutes du toucher des roues

Les propulseurs tirent à nouveau pour que la combustion du point de correspondance corresponde à la vitesse du vaisseau spatial avec la rotation de l'astéroïde. Cela établit le contact et la vitesse précis pour le toucher des roues, et le vaisseau spatial est essentiellement dans une descente en chute libre vers la surface.

16 pieds

Il s'agit de la dernière référence avant la collecte effective de l'échantillon. Si le NFT pense que le bras TAGSAM descend sur quelque chose de dangereux signalé par la carte des dangers, il exécutera automatiquement une brûlure d'abandon qui déplacera le vaisseau spatial vers le haut et loin de la surface. Billett dit qu'il y a environ 5,8% de chances que cela se produise. Sinon, il continue de descendre.

Atterrissage

TAGSAM établira un contact bref et très doux avec la surface pendant cinq à 10 secondes. Pendant ce temps, la bouteille d'azote gazeux s'enflamme et la collecte des échantillons commence. Une fois terminé, les propulseurs se déclencheront à nouveau et le vaisseau spatial se dirigera à une distance de sécurité de l'astéroïde.

Une animation de la collecte d'échantillons par TAGSAM dans l'environnement à faible gravité de Bennu.

La suite

L'objectif est que la tête TAGSAM prélève au moins 60 grammes de matériau (bien qu'elle puisse potentiellement acquérir jusqu'à deux kilogrammes). L'équipe effectuera une série d'expériences au cours de la semaine prochaine pour vérifier si cela a été réalisé. Cela commencera par une preuve visuelle de la tête TAGSAM provenant de l'une des caméras embarquées. Ensuite, l'équipe mesurera la masse de l'échantillon à l'intérieur de la tête TAGSAM. Vous ne pouvez pas vraiment peser les choses dans le champ de microgravité de Bennu (un millionième de la gravité à la surface de la Terre), donc cela se concentrera sur l'observation de la rotation du vaisseau spatial (qui devrait changer avec la masse ajoutée). Si l'équipe pense qu'un échantillon suffisant a été prélevé, il sera rangé dans la capsule de retour d'échantillon.

Mais il y a en fait 30% de chances qu'OSIRIS-REx ne capte pas assez de matériel. TAGSAM dispose de deux autres bouteilles d'azote gazeux pour deux autres tentatives de collecte. Parce que Nightingale aura déjà été dérangé par le premier touché, une deuxième tentative aurait très probablement lieu en janvier sur un site appelé Osprey. Cela signifie que nous pourrions potentiellement obtenir des échantillons de deux sites différents sur Bennu - et il appartiendrait aux chercheurs sur Terre de tout démêler et de déterminer ce qui provient d'où.

Cela peut sembler fastidieux, mais ce serait un petit prix à payer pour obtenir des décombres d'un rocher à 200 millions de kilomètres. Quoi qu'il en soit, OSIRIS-REx devrait quitter Bennu plus tard en 2021 et livrer les échantillons collectés à la maison le 24 septembre 2023.

Correction 10/14 : la version initiale de l'histoire indiquait que NFT avait été développé par Lockheed Martin pour l'armée américaine. NFT a été développé dans le cadre de la recherche et du développement internes de la société, et non pour l'armée américaine.

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