NASA's Osiris-REx keert na vijf jaar terug naar aarde met samples van asteroïde

NASA heeft asteroïdesonde Osiris-REx voor het eerst sinds 2018 weer in beweging gezet. De sonde verlaat daarmee de Bennu-asteroïde en keert weer terug naar de aarde, om hier over tweeënhalf jaar te arriveren met stukjes puin en stof van de asteroïde aan boord.

NASA herstartte de motoren van Osiris-REx en liet deze zeven minuten lang op volle kracht ontbranden, waarmee de sonde zich van Bennu verwijderde en met een snelheid van een paar duizend kilometer per uur terugkeert naar de aarde. Het was volgens NASA de eerste noemenswaardige manoeuvre van de sonde sinds 2018, toen Osiris-REx arriveerde bij de asteroïde.

Op 24 september moet het ruimtevaartuig de aarde bereiken, na eerst twee rondjes om de zon gemaakt te hebben in de baan van Venus. De sonde werpt dan de capsule met stukjes asteroïde af, zodat deze de aardatmosfeer kan bereiken en met een parachute kan landen in de Amerikaanse staat Utah. Het ruimtevaartuig zelf blijft op een afstand van tienduizend kilometer van de aarde en heeft in 2023 als het goed is nog voldoende brandstof. NASA bekijkt deze zomer of het Osiris-REx kan inzetten voor een nieuwe missie naar een asteroïde.

NASA lanceerde Osiris-REx op 8 september 2016 en het ruimtevaartuig bereikte 1999 RQ₃₆, ofwel 101955 Bennu op 3 december 2018. De sonde kwam op 31 december 2018 in een baan om de planetoïde en maakte op 21 oktober vorig jaar een geslaagde toenaderingspoging. Daarna wist het Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism met zijn arm en mondstuk gruis op te zuigen, dat op aarde bij terugkeer zal worden geanalyseerd.

Reacties (35)

bij scientias stond geschreven dat het om ~70gram materiaal gaat.

quote: https://nos.nl/artikel/23...voor-terugkeer-naar-aarde

De NASA-sonde Osirix-Rex, die in oktober vorig jaar landde op de planetoïde Bennu, heeft naar schatting zo'n 200 tot 400 gram gruis opgezogen en keert als alles goed gaat in september 2023 terug op aarde.

quote: https://www.nasa.gov/pres...or-may-asteroid-departure

the spacecraft collected a substantial amount of material from Bennu’s surface, likely exceeding the mission’s requirement of 2 ounces (60 grams)

(Maar ja, "400 gram" is ook "exceeding 60 grams".)

quote: https://www.nasa.gov/pres...-sample-of-asteroid-bennu

The stowage process, originally scheduled to begin in early November, was expedited after sample collection when the mission team received images that showed the spacecraft’s collector head overflowing with material. The images indicated that the spacecraft collected well over 2 ounces (60 grams) of Bennu’s surface material, and that some of these particles appeared to be slowly escaping from the head.

Dus tja, ik vrees dat we even zullen moeten wachten totdat ie terug is, voordat we weten hoeveel stof er daadwerkelijk verzameld is.

Volgens mij is het nog onbekend hoeveel gruis er is opgezogen. Als ik op die link klik zie ik die 70g ook nergens terug, wellicht aangepast.

Met dat ze gruis heeft opgezogen en gezien de foto, zou het zomaar kunnen dat bij het werken van de motoren het nodige gruis van deze rots word afgeblazen. Worden daar ook filmpjes van gemaakt?

De andere vraag is hoe dat gruis al die tijd bij de planetoïde is gebleven. Hoe groot is de zwaartekracht van zo'n rotsblok?

Wat zijn de effecten van het wegvliegen van het ruimteschip op zo'n astroïde in zijn geheel? Zal de baan van deze astroïde hierdoor worden aangepast?

Interessante vraag. Bennu is 490 meter in doorsnee heeft een geschatte massa van 7,329×10^10 kilogram. Geen idee wat de stuwkracht van de motor van Osiris Rex is, maar het apparaat zelf weegt tussen de 2110kg en 880kg (zonder brandstof).

Overigens verliest Bennu geregeld steentjes tussen de 2,5 en 10cm door diverse effecten (gasvorming, spanning, etc) dus zijn massa is voortdurend aan het afnemen, wat op de lange duur ook tot verandering in rotatie en omloopbaan leidt.

Bovendien is de massadichtheid van deze asteroïde ongeveer gelijk aan water, waardoor men verwacht dat de interne structuur vrij poreus zal zijn. Als zijne een hoop gruis die door eigen zwaartekracht bij elkaar gehouden wordt. Dus ook dat zal zijn effect hebben in het absorberen van de stuwkracht tijdens het opstijgen van Osiris Rex.

Er zal vast enig effect zijn, maar gezien de omstandigheden zal het miniem zijn.

Gevoelsmatig als je vanaf Bennu een Falcon-9 zou laten opstijgen, blaas je deze astroide in talloze kleine stukjes uit elkaar.

[Reactie gewijzigd door OCU-Macs op 11 mei 2021 13:11]

Bovendien is de massadichtheid van deze asteroïde ongeveer gelijk aan water, waardoor men verwacht dat de interne structuur vrij poreus zal zijn. Als zijne een hoop gruis die door eigen zwaartekracht bij elkaar gehouden wordt.

Wacht, dat ding is niet 1 grote steen maar een grote verzameling steentjes dat bij elkaar wordt gehouden door de optelsom van de individuele steentje's hun zwaartekracht icm @L-project's genoemde statische electriciteit?

Dat klopt inderdaad. Het vormingsproces is zelfs zo dat in eerste instantie stof zich verzamelt door bijvoorbeeld statische electriciteit, en pas als zich voldoende stof bij elkaar heeft verzameld zal de zwaartekracht van die stofbal een effect gaan hebben. Een steen zoals je kent van de aarde kan alleen ontstaan met behulp van druk door voldoende zwaartekracht (of een harde botsing). En tenzij Bennu feitelijk een stuk planeet of planetoïde is die weer de ruimte is ingeslingerd, kan deze dus geen grote steen zijn.

Te oordelen aan de massadichtheid wel inderdaad. Er zullen wellicht wat grotere fragmenten tussen zitten, maar het is inderdaad geen 490 meter rotsblok. In tegenstelling tot een planetoïde als Vesta die een veel hogere dichtheid heeft (en fors groter is).

Bennu heeft een gewicht van circa 7,329×10^10 kilogram, Osirix-Rex een gewicht van circa 880 kilogram (plus brandstof en opgezogen materiaal vermoedelijk). Dat scheelt een factor 10^8. Dus de reactie op de actie van de motor(en) zal voornamelijk van Osirix-Rex komen.

Op bovenstaande Osirix wikipedialink zie je trouwens ook hoe het stof opvliegt bij de landing. Dat zal bij vertrek niet anders zijn.

Het gruis blijft door onder ander zwaartekracht en statische electriciteit bij elkaar. Er is ook niets wat het eraf blaast zoals wind natuurlijk. Behalve de zonnewind (veroorzaakt die mooie komeetstaart), en interne processen zoals het uitblazen van opgewarmde gassen.

[Reactie gewijzigd door L-project op 11 mei 2021 13:07]

Elke actie heeft een reactie. Ik zou dus zeggen van wel.
Ik denk dat jij wil weten of het significant genoeg is. Daarvoor moeten we dingen uitrekenen met massa en stuwkrachten en weet ik veel wat voor dingen ze gebruiken. Maar daarvoor hebben we een slim iemand nodig die dat heeft uitgerekend, of een iets minder slim iemand die het heeft gevonden elders
Of een KSP speler misschien.

Volgens Wikipedia is de zwaartekracht van de asteroide 0,00009807 m/s². De sonde heeft dus niet heel veel stuwkracht nodig gehad om het rotsblok te verlaten. Zoals je zegt, elke actie heeft een reactie maar met mijn boerenverstand zou ik zeggen dat het minimaal is. Ik vraag me ook af of de sonde direct al vol gas gaf of dat ze eerst bijvoorbeeld opstegen vanaf de asteroide, dan de koers bepalen om dan de motoren 7 minuten te laten ontbranden. Het zou namelijk nogal een verschil maken in de reactie op de koers van de asteroide als je eerst rustig afstand neemt en niet direct vol gas vertrekt.

Snelle berekening: de ontsnappingssnelheid aan het oppervlakte is ca 0.2 m/s. Dit gaat uit van een mooie ronde bal zonder verdere draaiing, en is dus slechts een benadering. Het is een mooie indicatie, orde van grootte.

0.2m/s vergt niet zoveel energie. De sonde weegt 880kg + brandstof, laten we zeggen de helft van de missie, 615kg. Dat maakt totaal een extra kinetische energie van 30J nodig voor het bereiken van de ontsnappingssnelheid. Dit is extra ten opzichte van de astroïde. De astroïde heeft, een massa van 7.321e10 kg en raast met 28km/s door het heelal. Dat is een kinetische energie van ca. 30e18 J. Dus als de totale energie van het bereiken van de ontsnappingsnelheid maximaal als energie in de astroïde wordt opgenomen, kan de baan met een factor van 1*10-18 ofwel 0.0000000000000001% gewijzigd worden.

Ik kan me een 0 verteld hebben, maar het is sowieso orde van grootte. De afrondingen in deze bierviltjesberekening zijn al groter.

Ik verwacht inderdaad dat ze eerst met minimaal verbruik energie zijn losgekomen van Bennu, en daarna pas gas hebben gegeven in de juiste richting voor de aarde. Het zou wel zeer toevallig zijn als de astroïde precies in de goede richting wees, en hoe meer energie je spendeert, hoe risicovoller de operatie is.

Edit: de sonde kwam met 0.1m/s aanvliegen en vloog met 0.4 m/s weg. De kinetische energie nodig was dus max ca. 75 Joules.

[Reactie gewijzigd door bassekeNL op 12 mei 2021 13:56]

De sonde heeft niet op het oppervlak gestaan, dus "loskomen" van Bennu hield in dit geval in dat Osiris vanuit een baan om de asteroide op het juiste moment zijn raketmotoren heeft aangezet om koers te zetten naar de aarde. De asteroide heeft van deze actie helemaal niets gemerkt, de sonde was op dat moment op een flinke afstand van de asteroide.

Je hebt gelijk als je zegt dat hij niet op het oppervlak heeft stilgestaan. Het oppervlak is wel aangeraakt, zonder de sonde (noemenswaardig) the beschadigen. "Bennu’s surface was considerably disturbed after the Touch-and-Go (TAG) sample collection event", zoals ze het zelf zeggen.

Dus, gezien de afronding van ergens orde van grootte ca. 1e16J in de kinetische energie van de astroïde, denk ik dat mijn berekening wel een aardig beeld schetst van de verhoudingen.

Osiris-REx heeft Bennu als het ware een een kusje gegeven door er rustig tegenaan te vliegen en daarbij gelijk wat gruis meenemend. Opzuigen zoals ik her en der lees is niet mogelijk omdat er in een vacuüm niks te zuigen valt..

De zuigmond stootte stikstof uit en zoog daarmee stof op.

De vraagsteller vroeg of het vertrek van Osiris effect heeft gehad op Bennu. Het antwoord is nul.
Niet zozeer omdat de asteroide enorm veel zwaarder is dan de sonde, maar omdat er geen fysiek contact is geweest tussen de sonde en de asteroide tijdens het vertrek.
Nu kun je enorm gaan muggeziften (zoals ik elders al heb gedaan) door te zeggen dat de brandstof-restanten van de raketmotoren de asteroide kunnen hebben geraakt, maar dan ga je er van uit dat de sonde is vertrokken in een loodrechte baan van de asteroide. Dat zou kunnen, maar bij een vertrek van de aarde richt je de raketmotoren ook niet richting de aarde, maar in het verlengde van je baan om de aarde.
En je mag er van uitgaan dat de brandstof wordt verspreid over een groot oppervlak, zeker als de motoren zijn gestart op enige afstand van de asteroide.

Dus, gezien de afronding van ergens orde van grootte ca. 1e16J in de kinetische energie van de astroïde, denk ik dat mijn berekening wel een aardig beeld schetst van de verhoudingen

Zeer waarschijnlijk wel ja, het was alleen geen antwoord op de vraag.

Het wordt wel heel erg muggenziften. De sonde kwam met 0.1m/s aan, raakte hem, en verliet de de rots weer met 0.4m/s. Dat is een verschil van maximaal 0.5m/s. Ergens is die energie die voor de versnelling nodig is, aan de sonde gegeven, en die moet ergens vandaan komen.

Mij is niet duidelijk of dat met een raketmotor is gebeurd, of dat het helemaal door het uitstoten van de stikstof door de zuigmond kwam, of dat er een veer of ander mechanisme in de arm die energie leverde en zich actief afzette. Dat maakt ook niet uit.

Osiris heeft Bennu maar één keer geraakt en dat is tijdens het verzamelen van materiaal op de asteroïde. Jouw berekening betreft die actie. Maar dat was vorig jaar. De laatste maanden is Osiris om de asteroïde blijven cirkelen in een onregelmatige baan. Vanuit die baan is Osiris deze week dus vertrokken op de terugweg naar de aarde.

Deze hele discussie gaat uitsluitend over wat er de afgelopen dagen is gebeurd, *niet* over de manoeuvre tijdens het verzamelen van de monsters. Daarom bleef ik het woord *vertrek* benadrukken, maar kennelijk is je dat niet opgevallen.

Dat dus inderdaad. Is er een natuurkunde leraar in de zaal die de klas daar eens op kan laten rekenen?

De sonde bevondt zich in een baan om de asteroide, op een afstand van 300 km van de asteroide, toen de motoren werden aangezet. De motoren zullen dus geen enkel effect hebben gehad op de asteroide.

De sonde zet zich ook niet af tegen de asteroide bij het wegvliegen. Zo werkt een raketmotor niet. De massa die de raketmotor uitstoot zou theoretisch de asteroide kunnen raken en daarmee de baan wat kunnen aanpassen, maar dat effect is vreselijk minimaal. Die raketbrandstof (zeker op een afstand van 300 km) wordt snel verspreid over een erg groot gebied.

Hij heeft zich op een moment wel dichterbij bevonden om stof op te zuigen en dan weer weg te vliegen. Dus de vraag is opzich wel geldig.

[Reactie gewijzigd door Xfade op 11 mei 2021 17:56]

Ja hoor, de vraag is geldig. Daar zeg ik toch ook niets van?
Dit was de vraag:

Wat zijn de effecten van het wegvliegen van het ruimteschip op zo'n astroïde in zijn geheel? Zal de baan van deze astroïde hierdoor worden aangepast?

Ik geef gewoon een redelijk simpel antwoord: nee. Tenzij je heel diep achter de komma wil kijken. Dan is zelfs de simpele aanwezigheid van de sonde al voldoende om de baan te veranderen.

Ligt eraan, de asteroïde zal ook draaien, dus als ze opstijgen op het moment dat de asteroïde precies de tegenovergestelde kant op staat van de landing zal de baan nagenoeg weer hetzelfde zijn (ook het landen veroorzaakt een reactie).
100% hetzelfde zal niet kunnen door de tijd tussen het landen en opstijgen wat invloed heeft op de uiteindelijke positie van de asteroïde.

Even zoeken op "mass Bennu" levert meer dan voldoende informatie op.
Massa: 7,8E10 kg
Zwaartekracht: 0,00009807 m/s² (aarde: 9,8 m/s²)

Die massa in verhouding tot de massa van de sonde geeft al aan dat die niet bijster veel invloed kan uitoefenen op de baan.

NASA herstartte de motoren van Osiris-REx en liet deze zeven minuten lang op volle kracht ontbranden, waarmee de sonde zich van Bennu verwijderde en met een snelheid van een paar duizend kilometer per uur terugkeert naar de aarde

Het is altijd link om snelheden te noemen in combinatie met ruimtesondes omdat de baan van een ruimtevaartuig geen rechte lijn is en een referentie-frame dus eigenlijk ontbreekt. Bovendien, als die baan elliptisch is (wat vrijwel alle banen zijn), dan varieert die snelheid ook nog eens.

De motoren van Osiris hebben de sonde in zeven minuten een snelheidsverschil (boost) gegeven van 1000 km/h. De nieuwe baan van de sonde brengt hem twee keer om de zon, waarna hij na 2,5 jaar weer terug bij de aarde zal aankomen.

De sonde kwam op 31 december 2018 in een baan om de planetoïde

Hoe zit dat eigenlijk met die baan? Het rotsblok heeft een hele lage zwaartekracht en dus een hele lage ontsnappingssnelheid. Heeft iemand uitgerekend hoe langzaam de sonde zijn rondjes draaide? Ik neem aan dat er geen brandstof gebruikt is om in de baan te blijven?

Toch een mooi stukje techniek! Zou hij terug komen met venom?

Hoe ziet het onderzoek van dat gruis er vervolgens uit? Wordt dat binnen een quarantaine omgeving gedaan? Kan dit gevaarlijke stoffen bevatten?

Vreemd dat er niemand op jouw vragen reageerde. Ik vraag me dit ook af.

Nu heb ik vaak in het begin de gedachte "wow, fantastisch, knap", totdat ik me erin verdiep en het door doen, dan ook kan en dan de gedachte heb "is dit het?".
Maar bij dit zal ik daar nooit komen, waardoor ik in het gevoel zal blijven hangen "hoe waanzinnig is dit". Ze besturen een sonde op afstand, of geven een instructie, hebben berekeningen gemaakt om in de juiste baan te komen terug naar aarde en ook nog landen in Utah. "Oh wacht we hebben nog wat over, kunnen misschien nog een missie doen".

Echt pet af, wat knap.

Hopelijk nemen ze niet COVID-21 mee.


20 keer ongewenst gemodereerd, waarom zou dit ongewenst zijn?

[Reactie gewijzigd door mgizmo op 11 mei 2021 12:55]

Het feit dat ze nog een missie kunnen doen verbaast mij nog het meest eerlijk gezegd. Om gewicht te besparen worden de marges zo klein mogelijk gehouden. Het lijkt mij dan vreemd dat ze nog genoeg brandstof overlaten om de hele sonde een tweede keer interplanetair te versnellen.

Dat moet dan toch wel op gecalculeerd zijn of het moet enorm meegevallen hebben, en dus een miscalculatie uiteindelijk. Blijf het knap vinden

ik denk dat het altijd al het plan geweest is om een 2de missie te doen (en dus genoeg brandstof meenemen). Ze weten nog niet exact naar waar