在太阳的另一侧，一场行星际的抢劫行动正在进行中。下周，NASA 的 OSIRIS-REx 探测器将大胆尝试从一颗小行星表面窃取样本，在此过程中躲避巨大的 boulders 和其他危险。如果一切顺利，它将开始漫长的返程，从历史上非月球任务中带回地球最多的地外物质。其珍贵的外星岩石货物可能蕴藏着关于我们宇宙起源的长期问题的答案。“我们希望获得能够告诉我们太阳系形成第一阶段的物质，”法国蓝色海岸天文台的帕特里克·米歇尔说。
耗资约 10 亿美元的 OSIRIS-REx 探测器于 2016 年发射升空，执行前往 小行星贝努 的任务，该小行星的轨道略大于地球轨道。该探测器配备了一个可伸展的臂状仪器，称为“触摸即走”采样采集机构 (TAGSAM)，其主要目标是下降到贝努表面并 scoop 起大量的样本，最多可达两公斤，然后再返回地球。此前唯一成功的 asteroid 样本返回任务是日本的隼鸟号，它在 2010 年仅返回了几微克。其后继者隼鸟 2 号计划于 12 月投放新的样本，但 onboard 仅携带最多一克。
亚利桑那大学的行星科学家但丁·劳雷塔说，OSIRIS-REx 探测器已经酝酿了近二十年，他是该任务的首席研究员。“我已经为此工作了 16 年多，”他说。而现在，清算的时刻已经到来。本周二，10 月 20 日，美国东部时间下午 1:50 左右，任务控制人员将命令探测器开始从其距表面 700 米的停泊轨道自主接近贝努。在接下来的四个半小时内，它将缓慢下降并前往一个预先选定的着陆点，称为 Nightingale。然后，在美国东部时间下午 6:10 左右，探测器应该接触表面不超过 15 秒，吸取样本，然后 escape。
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OSIRIS-REx 和贝努目前在太阳的另一侧，距离地球约 3.34 亿公里。这意味着与探测器进行单向通信需要 18 分钟，因此 landing 必须是自主的。但任务团队已做好充分准备：8 月，他们完成了两次 landing 演习中的第二次，其中探测器接近 landing 点至仅 131 英尺（40 米）的距离，然后 backing away。这次演习包括测试探测器使用视觉图像到达 surface 的能力。
OSIRIS-REx 的触摸即走 (TAG) 样本采集事件概述，计划于 2020 年 10 月 20 日在小行星贝努上进行。 来源：NASA 戈达德太空飞行中心
最初，科学家们计划使用激光跟踪在贝努着陆。但到达后，他们发现它是一颗“碎石堆”小行星，这意味着它由许多大小不一的岩石组成。这种特性会使通过激光进行 landing 变得困难，因为光束的光线会被小行星的表面散射。相反，团队决定使用探测器的 cameras 来引导在 Nightingale 着陆，Nightingale 是碎石堆中一个相对平坦的 16 米宽的区域。“我们基本上是在尝试将一辆大型 van 停放在一个只有两个停车位宽的地方，”劳雷塔说。
自 OSIRIS-REx 到达以来，贝努的结构和组成一直备受关注。上周，一系列论文发表在 Science 和 Science Advances 杂志上，详细介绍了基于探测器数据的一些关于小行星的新发现。其中一项研究中，科学家们描述了贝努表面存在有机碳 bearing 物质。“有机碳很有趣，因为我们认为像贝努这样的小行星可能将有机物质传递到了早期的地球，”NASA 戈达德太空飞行中心的汉娜·卡普兰说，她是最近一项研究的主要作者，也是另一项研究的合著者。“因此，能够回去看看这些非常早期的原始有机材料是什么样子，这真的令人兴奋。”
在另一篇论文中，科学家们能够使用 OSIRIS-REx 拍摄的从贝努表面 eject 的物质图像来计算出其内部组成和重力。在探测器于 2018 年到达小行星后，科学家们惊讶地发现贝努主动将粒子 eject 到太空中，这些粒子 remained 在其周围的轨道上。“我们使用这种‘粒子重力场’来分析质量在贝努内部的分布情况，”科罗拉多大学博尔德分校的丹尼尔·谢雷斯说，他是这项研究的主要作者。研究人员发现小行星的内部是 heterogeneous 的，这意味着某些部分的密度比其他部分更高——这可能解释了贝努奇怪的 bulgelike 形状。在小行星的旋转拉动下，“物质正在向下流入赤道区域，尽管速度相对缓慢，”谢雷斯说。
贝努的碎石堆性质为 OSIRIS-REx 的 landing 增加了一些复杂性。第一个主要 milestone 将在离开其停泊轨道约四小时后到来，届时探测器将开始其“检查点 burn”：它将使用其 thrusters 瞬间停止在 Nightingale landing 点上方 410 英尺（125 米）处，然后开始下降。大约 11 分钟后，OSIRIS-REx 将通过“matchpoint burn”减缓其下降速度，最终将其速度降低至每秒仅 10 厘米，其 TAGSAM arm 向外延伸到小行星。
当 arm 接触表面时，内部的 spring 系统将使探测器的相对速度减慢至零。arm 的圆形 collector head 将在贝努表面保持接触最多 15 秒，将氮气 pumping 到表面以 kick up 用于采集的物质。然后 spring 将 recoil 并像 pogo stick 一样将 OSIRIS-REx 推开，然后 craft fire 其 thrusters 并返回到小行星 surface 上方的停泊轨道。由于 COVID-19 restrictions，OSIRIS-REx 团队的大部分人将在家中舒适地观看 action unfold，只有大约十几个人在 mission control。
该程序并非没有 nail-biting perils。首先，探测器必须在开始下降之前检查下方 surface 上是否没有 hazardous rocks。它将在 matchpoint burn 之前自主做出 fly 上的 call。团队还将希望 TAGSAM arm 不会接触到 surface 上任何 inconveniently angled 的 rock，这可能会使整个探测器 askew。这种情况下的最大 danger 是附近一块 massive boulder，昵称“末日山”，如果 OSIRIS-REx 在探测器 ascent 时撞到它，那将是 deadly 的。“最坏的情况是：你来到末日山旁边，朝它 tip over，fire 你的 thrusters，然后 slam 到那块 rock 上，”劳雷塔说。
如果一切按计划进行，团队预计将在 collector head 内采集 60 克到 2 公斤的物质。通过在 arm extended 的情况下 spin 探测器，研究人员将能够测量样本的 inertia 并计算出他们采集了多少贝努，精度为正负 20 克。如果认为有足够的量（60 克或更多），探测器会将 collector head 存储在一个容器中，该容器旨在安全地将样本带回地球 atmosphere。如果未采集到样本，探测器 onboard 有足够的氮气，可以在 12 月或 1 月尝试最多两次 landing。如果 Nightingale 受到探测器 thrusters 的干扰，这些 landings 将在第二个地点 Osprey 进行。
但是，如果从 Nightingale 采集到足够的样本（团队将在 10 月 30 日决定），探测器将 remain 在轨道上直到 2021 年 3 月，然后 depart 贝努踏上返程 voyage。2023 年 9 月，它将 arrive 返回我们的 planet 并将其 capsule drop 到我们的 atmosphere 中。然后 capsule 将 parachute 安全降落在犹他州沙漠中，并携带其 scientific spoils。但在这一切之前，实际上还有将这个宏伟而 elaborate 计划的最关键部分付诸 action 的 small matter。“最大的 disappointment 是团队无法 gather 在一起庆祝这个 event，”劳雷塔说，他现在 instead eyeing 探测器 2023 年末返回地球进行一些 revelry。“我们最好在那时 over 了 pandemic。”