OSIRIS-REx：小行星采样任务完全指南

美国宇航局的OSIRIS-REx探测器着陆时，小行星贝努鸟表面喷射出的大量砾石和灰尘。(图片鸣谢:美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI实验室/乔纳森·诺斯)

（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（诺拉泰勒蒂尔曼、黛西多布里耶维奇、伊丽莎白豪厄尔）：美国宇航局的OSIRIS-REx是一项正在进行的任务，它访问并收集了小行星101955贝努鸟的样本，目的是在2023年9月24日将样本返回地球。

OSIRIS-Rex于2016年9月8日发射，于2018年12月3日抵达小行星贝努鸟。它于2018年12月31日开始围绕富含碳的岩石运行。2020年10月20日，一次戏剧性但短暂的着陆，让贝努鸟在2021年5月10日开始漫长的回家之旅之前，从表面上捡起了一个样本。

OSIRIS-REx的样本返回舱计划在美国东部时间2023年9月24日上午10点55分(格林威治时间1455)将贝努鸟的样本带回地球，但这并不是主要航天器任务的结束。它将在2029年被近地小行星阿波菲斯重新分配，并以新的名字命名:OSIRIS-Apophis Explorer，或OSIRIS-APEX。

OSIRIS-REx目前正在返回地球的路上，它将在2020年运送从近地小行星贝努鸟收集的样本。它将于2023年9月24日美国东部时间上午10点55分(格林威治时间1455)交付样本。

OSIRIS-REx不会回到地球。相反，它将于2023年9月24日运送小行星贝努鸟的样本，然后在2029年继续其研究小行星阿波菲斯的扩展任务。

OSIRIS-REx是一项雄心勃勃的小行星采样任务。它于2016年9月8日发射，并于12月31日进入近地小行星贝努鸟的轨道。在2020年10月20日短暂着陆之前，它从小行星表面取回了一个样本。OSIRIS-REx将于2023年9月24日将样本送回地球，然后开始研究小行星Apophis的扩展任务。

OSIRIS-REx非常重要，因为它是美国第一个从小行星上收集样本的任务。当样本返回地球时，它将帮助科学家们更多地了解早期太阳系是如何形成的，生命是如何开始的。它还可以帮助我们更好地了解未来可能撞击地球的小行星。

OSIRIS-REx于2018年12月31日成功收集了近地小行星贝努鸟的样本，并将于2023年9月24日将样本返回地球。

美国宇航局的OSIRIS-REx航天器拍摄的两幅图像显示了采样臂接触小行星贝努鸟的表面。(图片鸣谢:NASA/戈达德/亚利桑那大学)

耗资8亿美元的OSIRIS-REx(起源-光谱解释-资源识别-安全-风化层探索者)任务在2009年被提名为美国宇航局新边疆任务类别的决赛选手，另外还有研究金星(表面和大气地球化学探索者，或SAGE)和月球(月出)的任务。2011年，OSIRIS-REx被选为获胜方案。

新边疆计划由一系列中型航天器任务组成，旨在帮助我们更好地了解太阳系。OSIRIS-REx是该计划选择的第三个任务；之前入选的是新视野号，它于2015年飞过矮行星冥王星，并于2019年飞过一个名为2014 MU69的物体，并继续在太阳系中执行任务，以及朱诺号任务，它于2016年抵达木星轨道，目前仍在那里运行。

OSIRIS-REx于2016年9月8日发射。它于2017年9月短暂返回家园，完成了对地球的加速飞越。探测器于2018年12月3日抵达贝努鸟。在它到达后的一个月里，OSIRIS-REx在精确地滑入轨道之前，对贝努鸟的形状和质量进行了详细的测量。

小行星探测器创下了两项纪录:贝努鸟是航天器有史以来绕轨道运行的最小天体(太空岩石的直径为1640英尺，即500米)，OSIRIS-REx执行了有史以来距离小天体最近的轨道运行，距离表面仅1英里(1.6公里)。

美国宇航局的OSIRIS-REx航天器于2018年12月12日使用其MapCam成像仪拍摄了这张小行星贝努鸟的图像。(图片鸣谢:NASA/戈达德/亚利桑那大学)

航天器上的五个仪器以前所未有的详细程度研究、绘制和分析了这颗小行星:

1.OSIRIS-REx可见光和红外光谱仪(OVIRS)——通过测量可见光和近红外光，OVIRS寻找有机物和其他矿物质。

2.OSIRIS-REx热发射光谱仪(OTES)——利用热红外技术，OTES测量了贝努鸟的温度，并绘制了矿物和化学丰度图。OVIRS和OTES一起绘制了一系列波长的贝努鸟地图，以选择对小行星进行采样的最佳地点。

3.OSIRIS-REx相机套件(OCAMS)-一个用于绘制贝努鸟地图的三相机套件。最大的PolyCam获得了贝努鸟的第一批图像，从120万英里(200万公里)外拍摄，并捕获了样本地点的高分辨率图像。MapCam搜寻小行星周围的卫星和尘埃羽，绘制彩色地图，并拍摄照片以创建地形图。SamCam记录了样本的收集和捕获。

4.OSIRIS-REx激光高度计(OLA)——通过扫描贝努鸟的整个表面，OLA将发回数据，以创建小行星表面的高度精确的3D模型。调查人员当时表示，两台加拿大制造的激光器中的一台在主要任务中失败了，但它的工作时间超过了预期的仪器寿命，并收集了OSIRIS-REx着陆所需的所有信息。

5.风化层X射线成像光谱仪(RExIS)——研究贝努鸟的X射线辐射有望帮助绘制一张显示地表不同元素丰度的地图。与其他成像仪器不同，RExIS在单个原子元素的水平上检查了小行星的组成。

小行星贝努鸟上的南丁格尔采样区示意图。(图片鸣谢:NASA/戈达德/亚利桑那大学)

飞船发射后进行了两次深空机动。第一次发生在2016年12月28日，为航天器设置了与地球的重力辅助。

大约一年后，OSIRIS-REx于2017年9月22日飞越了我们的母星，以加快其前往贝努鸟的速度。在南极洲上空最接近地球时，航天器距离地表大约10，700英里(17，200公里)。这次飞越将OSIRIS-REx的速度提高了大约8500英里/小时(13000公里/小时)，并且执行得完美无缺。然后，飞船继续飞往贝努鸟。

一路上，OSIRIS-REx从300多万英里(500万公里)的距离拍摄了一些令人惊叹的地球和月球图像。

2018年6月28日，该航天器完成了第二次也是最后一次重大深空机动，然后进行了一系列成功的小行星接近操作，使其接近贝努鸟，并于2018年12月3日安全抵达。

在对这颗小行星进行了非常详细的研究后，科学家们确定了一个采样区域，一个昵称为夜莺的岩石区。2020年10月21日，一次完美的着陆只持续了6秒钟，并使接触式样本采集机制(TAGSAM)发挥了作用。

当OSIRIS-REx靠近小行星时，塔格萨姆向岩石表面喷射纯氮气样本。从表面炸开的浮土(灰尘和碎石)被推进取样器的腔室。OSIRIS-REx的任务是收集至少2盎司(60克)的小行星物质，考虑到任何测量误差，优选5盎司(150克)。美国宇航局在尝试后表示，该航天器轻松超过了2盎司或60克的主要目标。

虽然航天器在第一个目标上收集了足够的数据，但OSIRIS-REx携带了三瓶氮气，以供多次收集尝试。TAGSAM还被评为携带多达70盎司(2000克)。(为了在低重力环境下称量样品，科学家们测量了样品收集前后航天器的角加速度。)

OSIRIS-REx于2021年4月7日完成了最后一次飞越贝努鸟，并于当年5月10日返回地球。该计划是样本舱于2023年9月24日返回地球，而主航天器将前往阿波菲斯进行2029年的会合。

小行星贝努鸟的OSIRIS-REx操作时间表。(图片鸣谢:亚利桑那大学)

最初被称为1999 RQ36，OSIRIS-REx访问过的岩石在2013年的一次比赛中被9岁的迈克·普齐奥重新命名为贝努鸟。贝努鸟是一个埃及神，通常被描绘成一只灰色的苍鹭。Puzio选择这个名字是因为他认为TAGSAM和太阳能电池板很像鸟神的脖子和翅膀。

贝努鸟是几千个近地天体中的一个，它们在距离地球1.2亿英里(1.9亿公里)的范围内运行。其中，贝努鸟是不到200个物体之一，这些物体的轨道是众所周知的，并且与地球轨道十分相似。这颗小行星每436天绕太阳一周，每六年靠近地球一次。

贝努鸟也相对较大，大约1650英尺(500米)宽。小于650英尺(200米)的岩石旋转太快，航天器无法安全着陆。只有少数在适当轨道上的小行星大到足以让我们造访。

在那些被认为合适的国家中，贝努鸟的成分更有吸引力。这颗小行星富含碳基物质；可能给地球带来水和有机物质并帮助孕育生命的小行星看起来会像贝努鸟。

贝努鸟的近距离轨道也使其成为地球的潜在危险物体，美国宇航局现在估计这种风险相当低:这颗小行星在2300年前的总撞击概率仅为1/1750。如果小行星确实与地球相撞，撞击不会摧毁地球，但它会在着陆的任何地方造成严重破坏。专家表示，这种大小的小行星可能会摧毁撞击周围的当地区域，但不会导致大规模灭绝。

尽管如此，OSIRIS-REx提供的预警可以帮助科学家在撞击发生前采取预防措施。其中一种方法是完全使用“动能撞击器”技术来改变小行星的方向，美国宇航局的DART任务就证明了这一点。2022年9月26日，DART(双小行星重定向测试)成功将一艘飞船撞向一颗名为Dimorphos的小行星，以改变其轨道。这项任务取得了巨大的成功，2022年10月11日，美国宇航局正式宣布DART将Dimorphos近12小时的轨道缩短了32分钟，打破了之前的估计。

SOAR望远镜看到的DART与小行星Dimorphos碰撞的后果。(图片鸣谢:NOIRLab)

阿波菲斯是另一颗具有潜在危险的小行星，最近被从哨兵撞击风险表中删除，该表跟踪那些不能排除撞击地球可能性的小行星。

根据美国国家航空航天局的说法，根据对其太空运动的改进模拟，阿波菲斯被认为至少在未来100年内不会有问题。2029年4月13日星期五，地球将与小行星亲密接触，将看到1120英尺(340米)宽的物体距离地球仅19000英里(31000公里)——比大多数地球静止卫星都近。

此前，科学家们计算出阿波菲斯在2068年飞越地球时撞击地球的可能性非常小，但对其2021年风险的重新评估显示，没有任何威胁值得担心。但是随着小行星如此接近，拥有一个健康且不受约束的航天器可供摇摆，这给NASA带来了一个独特的时刻。

美国宇航局在2022年4月宣布，它将重定向OSIRIS-REx以充分利用这次相遇，并在它将贝努鸟样本放在地球上后重新命名这艘飞船。OSIRIS-APEX将是2023年任务的新名称，它将于2029年到达Apophis。

这项任务确实有一些老化的风险(因为OSIRIS-Rex在飞越期间将达到13岁)以及额外的成本，因为从地球到贝努鸟到阿波菲斯的任务总成本将增加2亿美元。也就是说，成本可能比发射单独的第二艘航天器要低，并且免去了新任务中最危险的阶段之一，即使用火箭将行星发射出去。

除了OLA的一个发射器之外，飞船上的仪器都很健康，这将允许新的OSIRIS-APEX任务完成它的工作。该航天器将对阿波菲斯进行为期18个月的检查，旨在近距离详细检查这颗小行星，包括地表下的情况。一个特殊的推进器动作将炸开表面，揭示阿波菲斯上的地下物质

这将特别有帮助，因为阿波菲斯和贝努鸟尽管大小差不多，却是完全不同的小行星类型。阿波菲斯与普通球粒陨石共享S型家族，贝努鸟是很久以前潜在地向地球输送水的家族的一部分(被称为B型。)

2021年3月，当小行星99942阿波菲斯最接近地球时，戈德斯通雷达拍摄的图像。(图片来源:美国宇航局/JPL-加州理工学院/国家科学基金会/AUI/GBO)

小行星是行星形成过程中遗留下来的碎片，因此，它们是早期太阳系的基本蓝图。研究它们可以让科学家看到早期太阳系是什么样子，并了解行星是如何形成的。

OSIRIS-REx执行了一系列小行星任务，虽然它是第一个向美国返回样本的，但日本已经返回了另外两个类似的任务。2010年，隼鸟号成为第一艘将小行星带回地球的航天器。一项名为Hayabusa2的后续日本样本返回任务在2020年对小行星Ryugu做了同样的事情。

作为另一个例子，美国宇航局的黎明号任务在前往矮行星谷神星之前访问了小行星灶神星。然而，与黎明任务相反，OSIRIS-REx的目标是将贝努鸟的一块碎片带回家，进行深入的实验室研究，这在轨道上是不可能的。OSIRIS-REx团队旨在收集至少2盎司(60克)的材料，以实现他们的科学目标。

作为第二个目标，OSIRIS-REx的研究旨在提供对潜在危险的小行星运动的进一步了解。(尽管数十年来一直在搜索天空，但现在还没什么可担心的，研究仍在进行中。)贝努鸟和阿波菲斯都被称为“潜在危险”的小行星，但这更多的是一种统计描述，而不是任何旨在引起恐慌的东西。

OSIRIS-REx还将帮助天文学家研究小行星上的雅科夫斯基效应。当来自太阳的热量提供一个微小的推力来改变小行星或其他物体的运动时，这种现象就会发生。虽然推力很小，但随着时间的推移，它会逐渐增大，有助于改变太空岩石的运动路径。但是，研究这种影响可能具有挑战性，因为它因每个小行星的形状而异。

这是一张信息图，展示了多年来造访小行星的其他任务。(图片鸣谢:亚利桑那大学)