Diesen September wird die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx nach einer Milliarden von Meilen langen Reise durch unser Sonnensystem mit einer außergewöhnlichen Lieferung an der Erde vorbeifliegen. Während es vorbeifliegt, wird es eine Kapsel in Minikühlschrankgröße freisetzen, die eine Probe von ursprünglichem Weltraumgestein enthält, das von einem Asteroiden zwischen den Umlaufbahnen von Erde und Mars gesammelt wurde.
OSIRIS-REx – der Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security – Regolith Explorer – ist die erste US-Mission, die eine Probe von einem Asteroiden sammelt. Wissenschaftler hoffen, dass das unberührte Material, das er 2020 vom Asteroiden Bennu gesammelt hat – etwa ein halbes Pfund Schutt und Staub von der Oberfläche des Asteroiden – einen Einblick in die Zeit vor 4,5 Milliarden Jahren bieten wird, als sich Sonne und Planeten bildeten.
Bevor dies gelingt, muss die Schutzkapsel der Probe Temperaturen standhalten, die doppelt so hoch sind wie die von Lava, und die zweithöchste Geschwindigkeit, die jemals ein von Menschenhand geschaffenes Objekt beim Eintritt in die Erdatmosphäre erreicht hat.
Nachdem die Kapsel mit etwa 36-facher Schallgeschwindigkeit in die Erdatmosphäre eingedrungen ist, kann sie schließlich Wind, Regen und anderen Wetterbedingungen ausgesetzt sein, wenn sie näher an die Oberfläche fällt. Unabhängig vom Wetter wird es in der Großen Salzseewüste landen, einer trockenen Landschaft, die für ihre sengenden Sommertemperaturen und ihre Salinen bekannt ist, die Überreste eines alten Seegrundes, in dem verkrustete Salzablagerungen den Boden bedecken.
Während ein Großteil des Fokus auf den technischen Aspekten des Raumfahrzeugs und der Landekapsel liegen wird, wird ein Team aus Wissenschaftlern und Meteorologen auch das Wetter genau überwachen, das die Bergung der Kapsel erheblich beeinflussen kann.
„Bevor wir vor sieben Jahren starteten, musste die Kapsel für alle Wetterbedingungen ausgelegt sein, die wir für Utah im September für angemessen hielten“, sagte Eric Queen, ein Forschungsingenieur des Entry, Descent and Landing (EDL)-Teams am Langley der NASA Forschungszentrum in Hampton, Virginia.
Während die robuste Kapsel so gebaut wurde, dass sie unempfindlich gegen Blitze und Eis ist, „sind die Winde wahrscheinlich unsere größte Sorge, wenn Sie mit dem Fallschirm landen“, sagte Mark Johnson, der die EDL-Analyse für Lockheed Martin in Littleton, Colorado, leitet. Das liegt daran, dass Windgeschwindigkeit und -richtung Einfluss darauf haben könnten, wo die Kapsel innerhalb eines 36 mal 8,5 Meilen (58 mal 14 Kilometer) großen Ziels im Utah Test and Training Range des US-Verteidigungsministeriums südwestlich von Salt Lake City aufsetzt.
Der Landebereich gelte als „sicherer, kontrollierter Bereich“, sagte Kenneth Getzandanner, Flugdynamikleiter von OSIRIS-REx. „Es war auch der Landeplatz für die Stardust-Mission, es gibt also ein Erbe.“
Wie klebriger Zement
Das OSIRIS-REx-Team hat sich auch viele Gedanken über die Bedingungen vor Ort gemacht. Im Spätsommer ist in der Wüste Monsunzeit, sodass starke Regenfälle den schlammigen Boden durchnässen können. Nasser, zementartiger Schlamm würde das Fahren erschweren, wenn Geländefahrzeuge erforderlich wären, um Helikoptern bei der Suche und dem Transport der Kapsel zu helfen.
„Bis zum Ende der Monsunzeit sollten wir wissen, wie viel Niederschlag wir erhalten haben und wie der Zustand der Salzebenen ist“, sagte Eric Nelson, ein Meteorologe der US-Armee, der die Mission unterstützte. „Ein guter Indikator ist die Bonneville Speed Week, eine jährliche Rennveranstaltung im August.“ Da es reibungslos gelaufen sei, „geht es uns wahrscheinlich gut.“
Zur Unterstützung der OSIRIS-REx-Mission wird das Team in den Tagen vor der Landung Wetterballons einsetzen. Die Einwegballons erreichen Höhen von rund 60.000 Fuß oder 18.288 Metern – etwa doppelt so hoch wie ein Verkehrsflugzeug. Mit einer Geschwindigkeit von 18 Fuß (5,5 m) pro Sekunde übermitteln sie Daten über Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und Wind, bevor sie hoch oben in der Atmosphäre explodieren. Die Mission wird diese Beobachtungen nutzen, um einen wahrscheinlichen Landeort auf dem Gelände abzuschätzen.
Wie die Lieferung ablaufen wird
Die letzte Etappe der langen Reise der Kapsel beginnt, wenn sie sich von der Raumsonde OSIRIS-REx trennt und dann etwa vier Stunden später über der Westküste in die Erdatmosphäre eintritt. Die etwa 45 kg schwere Kapsel reist mit Hyperschallgeschwindigkeit und wird auf einem schützenden Eintrittssystem basieren, das einen Hitzeschild aus einem leichten ablativen Material umfasst, das am Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley entwickelt wurde und extremen Temperaturen standhält.
Radar- und Infrarot-Tracking-Systeme werden die Kapsel während des Abstiegs verfolgen. Während es am Morgen des 24. September ostwärts fliegt, werden mehrere Flugzeuge, darunter ein hochgelegenes WB-57-Forschungsflugzeug vom Johnson Space Center der NASA in Houston, seine Reise mit visuellen und thermischen Bildsystemen verfolgen.
Die Kapsel wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.850 km/h fliegen, wenn sie ihren Bremsfallschirm über dem Trainingsgelände auslöst. Ein runder Hauptfallschirm öffnet sich näher am Boden, um die Landung zu mildern. Im Gegensatz zu anderen Designs ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die runde Form von einer Brise erfasst wird, was den Luftwiderstand und die Stabilität beim Absinken der Kapsel erhöht. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass es vom Kurs abkommt, was es schwieriger machen könnte, es am Boden zu finden.
Nach der Landung und der Bergung durch ein Spezialteam wird die Probe in ein Speziallabor bei Johnson gebracht, wo sie konserviert und untersucht wird. Auch die historische Landung wird untersucht, um Informationen für zukünftige Weltraumlieferungen zu erhalten.
„Wir prognostizieren nichts, was wir normalerweise nicht prognostizieren, aber diesen Herbst werden viele Augen auf unseren kleinen Winkel der Wüste gerichtet sein“, bemerkte Nelson. „Das ist etwas mehr Druck als sonst.“