Při prvním pokusu o odběr vzorků z planetky Bennu pořídila sonda OSIRIS-REx celou řadu fotografií. Ty nemohly být odeslány během sestupu a pozemní týmy musely čekat několik hodin. V průběhu dne však začaly fotky přicházet. Fotky už umožnily vytvořit časosběrná videa, ale další snímky ještě dorazí. Tyto obrázky nemají sloužit pouze k tomu, aby se jimi kochala veřejnost. Pro vědce představují mimořádně cenný prostředek k detailnímu zkoumání planetky Bennu. Fotky ocení také inženýři, kteří mohou pečlivě sledovat všechny kroky spojené s odběrem vzorků.
Prozatím máme k dispozici fotografie z kamery SamCam, která sledovala sestup sondy k povrchu a také odběr samotný. Sluší se připomenout, že planetka Bennu se v té době nacházela 320 milionů kilometrů od Země a sonda musela vše zvládnout sama. Ve středu 21. října v 0:08 SELČ se pozemní týmy dočkaly potvrzení, že proběhl kontakt. Prvotní data ukazovala, že odběrná hlava o průměru zhruba 30 centimetrů byla v kontaktu s povrchem zhruba po dobu pěti až šesti sekund a poté sonda provedla zážeh, kterým se vzdálila od povrchu.
Na videu vidíme ve spodní části robotické rameno TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism). Na jeho konci se nachází odběrná hlava, která byla jednou částí sondy OSIRIS-REx, která se dotkla povrchu. Na časosběrném videu je dobře vidět, jak hlava před odběrem upravila svou orientaci a poté už přichází kontakt s povrchem.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Odběrná hlava narazila při odběru na kámen o velikosti zhruba 20 centimetrů. Taková situace byla před odběrem považována za riziko, protože kámen v takovém případě představuje překážku, která může zabránit správnému proudění uvolněného dusíku. Realita však byla jiná – snímek naznačuje, že sonda svou setrvačností tento kámen rozdrtila. Už jen tohle může vědcům napovědět mnoho cenných informací o soudržnosti kamenů na povrchu Bennu. Ještě před uvolněním proudu dusíku se navíc viditelně pohnul i kámen pár desítek centimetrů od místa kontaktu.
Zhruba sekundu po kontaktu (a rozdrcení porézního kamene) došlo k otevření tlakové lahve s dusíkem, přičemž proud plynu rozpohyboval velké množství okolního materiálu. Jak bylo uvedeno výše, odběrná hlava byla v kontaktu s povrchem zhruba po dobu šesti sekund, přičemž největší množství materiálu bylo odebráno během prvních tří sekund. Důležité je, že na spodní části odběrné hlavy se nachází plošky, které jsou vybaveny něčím, co členové týmu označují jako ocelový suchý zip. Na těchto polštářcích mají ulpět velmi jemné částice.
Hlavní část odebraného zvířeného regolitu skončila v útrobách odběrné hlavy a pozemní týmy se již chystají na sérii ověřovacích kroků, s pomocí kterých určí množství odebraného materiálu. Ale zpět do okamžiku kontaktu – po pár sekundách od zahájení odběru sonda zažehla své trysky a vzdálila se od povrchu. Podle očekávání tento manévr zvířil další materiál v okolí. To jsou ty kousky kamenů, které poletují před objektivem na konci videa. Pozemní týmy již provedly předběžnou analýzu telemetrie a zdá se, že sonda je v pořádku. Kontakt proběhl rychlostí 10 cm/s, při vzdalování nabrala sonda rychlost 40 cm/s.
Všechny snímky, ze kterých vznikl tento časosběr, byly pořízeny zhruba během pěti minut. Snímkovací sekvence začala ve výšce 25 metrů nad povrchem a skončila až po provedení zážehu pro opuštění povrchu. Poslední snímek vznikl ve výšce zhruba 13 metrů asi 35 sekund po provedení vzdalovacího zážehu. Pokud by to někoho zajímalo, tak snímky jsou orientovány tak, že západ planetky Bennu je v horní části snímku.
Zdroj: https://pbs.twimg.com/
Sonda měla původně odebírat vzorky z místa o průměru 25 metrů. Tak velká bezpečná plocha však na povrchu není – odběrná lokalita Nightingale má průměr zhruba 8 metrů. Pořízené fotografie pomohly zpřesnit odhad místa, kde došlo ke kontaktu. Ukázalo se, že se odběrná hlava dotkla povrchu pouze 1 metr od středu odběrné oblasti.
OSIRIS-REx nyní provede snímkování odběrné hlavy z různých úhlů a podle fotek budou odborníci posuzovat, kolik materiálu v ní zůstalo. Mnohem přesnější výsledky však přinese manévr, při kterém sonda natáhne paži s odběrnou hlavou a roztočí se. Citlivé senzory následně změří moment setrvačnosti sondy s nataženým odběrným ramenem a na základě toho zjistí, kolik váží materiál v hlavici. Jak v případě fotek, tak i měření odstředivé síly bude možné využít porovnání s údaji nasbíranými před odběrem.
„Ještě před začátkem odběrného manévru sonda natáhla odběrné rameno a setrvačník jejího orientačního systému dostal povel se roztočit, což vedlo k tomu, že se sonda začala otáčet opačným směrem. Úhlová rychlost tohoto otáčení sondy byla změřena,“ vysvětlil Petr Scheirich z Astronomického ústavu AVČR a dodal: „Po odběru sonda udělá totéž. Vlastnosti setrvačníku se nezmění, ale díky odebranému vzorku se změní moment setrvačnosti celé sondy. Roztočení setrvačníku povede opět k roztočení sondy, ale tentokrát jinou úhlovou rychlostí. Z rozdílu rychlostí před a po odběru se dá spočítat o kolik se změnil moment setrvačnosti sondy, a z toho lze spočítat, jaká je hmotnost odebraného vzorku. Hlavní důvod tohoto řešení je ten, že nevyžaduje žádné další přístroje či senzory pro měření, než ty, které sonda musí mít tak jako tak – setrvačníky orientačního systému.“
Zdroje informací:
https://www.youtube.com/
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://pbs.twimg.com/media/Ek4h1OrXUAgbiIt?format=png&name=medium
https://pbs.twimg.com/media/Ek4h1QDW0AAwZFE?format=png&name=medium
https://www.nasa.gov/…/image/d_tag-2-frames.gif?itok=1m-mbagC
https://pbs.twimg.com/media/Ek4avEQX0AEbPOa?format=jpg&name=large
Měření hmotnosti odebraného vzorku není založené na měření odstředivé síly, ale na měření momentu setrvačnosti sondy s nataženým odběrným ramenem před a po odběru. Zkusím to trochu (zjednodušeně) přiblížit:
Ještě před začátkem odběrného manévru sonda natáhla odběrné rameno a setrvačník jejího orientačního systému dostal povel se roztočit, což vedlo k tomu, že se sonda začala otáčet opačným směrem. Úhlová rychlost tohoto otáčení sondy byla změřena.
Po odběru sonda udělá totéž. Vlastnosti setrvačníku se nezmění, ale díky odebranému vzorku se změní moment setrvačnosti celé sondy. Roztočení setrvačníku povede opět k roztočení sondy, ale tentokrát jinou úhlovou rychlostí. Z rozdílu rychlostí před a po odběru se dá spočítat o kolik se změnil moment setrvačnosti sondy, a z toho lze spočítat, jaká je hmotnost odebraného vzorku.
Hlavní důvod tohoto řešení je ten, že nevyžaduje žádné další přístroje či senzory pro měření, než ty, které sonda musí mít tak jako tak – setrvačníky orientačního systému.
Podrobněji např. zde (v sekci Sample Mass Verification):
https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-018-0521-6
Moc děkuju za vysvětlení, opravím to a doplním tam Tvou citaci. 😉
Je fascinující, že lze určit navýšení hmotnosti půl druhé tuny těžké sondy třeba jen o několik desítek gramů pouze pomocí jejího pohybu v prostoru. Nechtěl bych být tim, kdo zavelí – hm, něco tam určitě je, stačilo, leťme domů.
Ta přesnost měření není nijak závratná.
Možná jste si všimli, že v některých zprávách je požadavek na minimální hmotnost odebraného vzorku 60 g a v jiných je 150 g. Konkrétně je to tak, že požadavek vědců je odběr minimálně 60 g. Měření bude ale nepřesné – pokud se naměří 150 g, může být reálná hmotnost vzorku od 60 do 240 g. Jinak řečeno, 150 g je požadovaný dolní limit měření, aby byla jistota, že tam reálně minimálně těch 60 g je.
Předně děkuji za parádní shrnutí včerejší tiskovky a za doplňující vysvětlení. Do teď jsem si myslel, že mají na rameni nalepený tenzometr a při dosažení určité rychlosti otáčení půjde změřit přímo namáhání ramene, kde je už vazba na hmotnost hlavy celkem zřejmá. Hmotnost tenzometru pro tyto účely bude pár gramů i s příslušnou elektronikou. Přijde mi tedy poněkud zvláštní zrovna na něčem takovém tak šetřit a spokojit se s takto omezenou přesností měření, když jde v podstatě o klíčový parametr pro úspěch celé mise – jak píše pan Spytihněv, je to rozhodující pro ten povel letíme domů vs. letíme to zkusit znovu.
A pak je tam samozřejmě to snímkování jako nezávislé potvrzení. Vnější obvod hlavy je tvořen jemnou síťkou a hlava se bude natáčet a snímkovat tak, aby se dovnitř dostalo sluneční světlo a byl vidět obsah.
Ale i tak. Vzhledem k hmotnosti sondy jde o zlomek, který musí být rozlišen. Ale jasně, můj pohled je pohled laika, takže to vidím trochu jinak 🙂 Pokud jde o možnost částečně zahlédnout obsah zásobniku v hlavici, tak tohle jsem vůbec netušil. Díky.
Souhlas. A navíc, tenhle způsob vážení vzorku komplikuje ještě jedna věc: mezi referenčním a finálním vážením sonda prováděla manévry, takže spotřebovala nějaké pohonné látky, nebo se mýlím? Je-li tomu tak, moment setrvačnosti sondy se tím změnil, což se nejspíš muselo korigovat patřičným výpočtem. Jestli bylo nutné brát v úvahu rozložení zbývajících pohonných hmot v nádržích během rotace, a jejich vzdálenost od těžiště sondy, nejspíš to nebyla zrovna triviální úloha. To vše za předpokladu, že je přesně známá spotřeba pohonných látek. Tím se podle mě vysvětluje ta nepřesnost měření.
Ano, při výpočtu se zohlední úbytek spotřebovaného paliva při manévrech (jejich délku trvání inženýři znají).
Ano, naštěstí palivo je relativně blízko těžiště, když natáhnou rameno, tak poměrný vliv hmotnosti vzorku na moment bude výrazně větší, než paliva.
Spotřebované palivo by ovšem komplikovalo i „vážení“ vzorku pomocí odstředivé síly (tenzometru na rameni). Sonda se bude vždy otáčet kolem svého těžiště, které se posune směrem k odběrné hlavě jednak kvůli hmotnosti vzorku a jednak kvůli spotřebovanému palivu, což pak ovlivní i velikost odstředivé síly na tenzometru.
Navíc změna hmotnosti hlavy i úbytek paliva ovlivní polohu těžiště a tedy i odstředivou sílu přímo úměrně (lineárně). Naproti tomu moment setrvačnosti je závislý na druhé mocnině ramene (vzdálenosti od těžiště), bude tedy hodně ovlivněn změnou hmotnosti hlavy (daleko od těžiště), ale málo ovlivněn změnou hmotnosti paliva (blízko k těžišti).
Rozhodující je, že celá operace proběhla naprosto excelentně. Sonda se trefila prakticky do středu cíle. Nic nebrání tomu celou operaci opakovat v další lokalitě. Nejen, že je obrovská pravděpodobnost dalšího úspěchu, ale bezpečnostní pojistky jak se zdá jsou schopny eliminovat případné nebezpečí a pokus včas přerušit.
Celé jsem to sledoval v animaci na H.P. a byl to super zážitek.
Ano, sestup proběhl správně a klobouk dolů. Ale každý takový sestup je riziko. Nikde není psáno, že by i druhý pokus proběhl stejně dobře. Pokud se ukáže, ež je odebraného mateirálu dost, bylo by zbytečné riskovat druhý sestup.
Času mají dost a dost, aby zapracovali na druhém odběru. Konečné rozhodnutí může proběhnout až po posledním nácviku. Odebraný vzorek ostatně není ani typický pro povrch asteroidu. Pokud se nemýlím jde o mladší impaktní kráter.
Naprosto hladký odběr je povzbuzující. Japonci to ve stejné situaci odpískali. Američané mají jinou náturu, nejsou zvyklí spokojit se s minimem, tipuji že to zkusí znovu. Uvidíme.
Více (úspěšných) odběrů z různých míst by z vědeckého hlediska mělo smysl, pokud by odběrová hlava byla vybavena oddělenými komorami pro každý odběr zvlášť. Protože je ale nemá, může být víc odběrů naopak na obtíž. Každý odběr geologických vzorků potřebuje tzv. kontext – musíte vědět odkud jste je vzali a o daném místě zjistit maximum informací (snímky, spektrální měření, měření pevnosti materiálu, …). To vše pro místo odběru teď mají. Pro další místo odběru by sice takové informace zjistili také, ale vzorky samotné by se v hlavě pomíchaly se vzorky z prvního odběru, čímž by ten kontext ztratily.
(Hayabusa2 takové oddělené komory má, tam se s odběrem z více míst počítalo přímo v návrhu mise).
Je docela pravděpodobné že by k celkovému promísení nedošlo, ale odběry by byly ve dvou vrstvách, nebo i třech pokud by se uskutečnil i třetí odběr. Jelikož po každém odběru má následovat “ vážení“ nebylo tak obtížné vzorky lokalizovat.
Ne. Odebrané vzorky v hlavě v žádných vrstvách nejsou. Neleží tam, nemají proč. Většinu času si tam volně poletují v mikrogravitaci a každý pohyb ramene, natočení sondy nebo aktivace motorů je impulsem k tomu, aby se fakt důkladně promíchaly.
Dovolím si poznamenat “ mimo mísu“, že konkurenčním Japonům zbývá 17 mil.km k přistání 6.12. a mají za sebou TCM 1, TCM 5 již bude po uvolnění přistávací kapsle a pošle sondu k dalšímu cíli.
Asi hodně předčasná otázka, ale zdá se, že předpoklady pro zachycení materiálu byly splněny na výbornou, takže OSIRIX se za pár měsíců vydá „domů“. Je mechanizmus uvolnění návratového pouzdra konstruován tak, že je možné podobné prodloužení mise (tj. pokračovat k sekundárnímu cíli samozřejmě už bez ambice na odběr vzorků)?
Domnívám se, že pokud bude sonda v dobrém technickém stavu (a kolik bude mít pohonných látek), tak se prodloužení mise nedá vyloučit. Jak správně píšete, bylo by to už bez odběru vzorků, ale dálkový průzkum se také hodí.
Ano, možné to bude. Kolektiv pod vedením Danteho Lauretty, vedoucího týmu sondy, dokonce studoval a navrhl možnost poslat poté sondu k blízkozemní planetce Apophis. Sonda by měla mít dost paliva i na to, aby se v roce 2029 usadila na její oběžné dráze.
https://www.hou.usra.edu/meetings/apophis2020/pdf/2008.pdf
(Jestli se o takovém prodloužení mise už reálně uvažuje, či v jakém stádiu rozpracovanosti ten návrh je, to ale netuším).