לדגום אסטרואיד
24/09/2023
דגימה מהאסטרואיד בנו צפויה לנחות היום (24.9) על כדור הארץ. זו דגימת האסטרואיד הגדולה ביותר שהצלחנו להשיג עד כה. למה מסובך כל כך לדגום אסטרואידים? מה קרה בניסיונות דגימה קודמים? למה איסוף דגימה והבאתה לכדור הארץ הן הישג הנדסי מרגש?
אחד הנושאים הקשורים למערכת השמש שלגביהם חסר לנו ידע רב מאוד הוא אסטרואידים: מתברר שאנחנו לא יודעים עליהם הרבה, או לפחות שיש לנו עוד המון ללמוד עליהם. אחת הסיבות לכך היא שקשה מאוד להגיע אליהם וההתנהלות בסביבתם היא אתגר הנדסי מורכב.
היום (24.9.2023) צפויה לנחות על כדור הארץ דגימת קרקע מהאסטרואיד בנו. האסטרואיד נמצא בקבוצת אפולו, רחוק למדי מכדור הארץ. כשהמסלול שלו מביא אותו לנקודה הקרובה אלינו ביותר, הוא נמצא במרחק של כ-500,000 ק"מ מאיתנו. אוסיריס-רקס (OSIRIS-REx) היא המשימה השלישית עד כה שמביאה לנו דגימה מאסטרואיד, והדגימה שהיא מביאה צפויה להיות הגדולה ביותר.
היו שתי משימות קודמות לדגימת אסטרואידים, שתיהן יפניות: Hayabus ו- Hayabusa 2. המשימה הראשונה הניבה תוצאה מאכזבת והביאה פחות מגרם אחד של חומר [1]. השנייה הצליחה קצת יותר והביאה כ-6 גרם של דגימה מאסטרואיד [2]. מעריכים שהדגימה שמגיעה עתה היא של 60 גרם לפחות [3]. אז מה השתבש במשימה הראשונה של היפנים? ולמה קשה כל כך לדגום אסטרואידים?
נתחיל בתשובה לשאלה השנייה. יש כמה סיבות לקושי לדגום אסטרואידים. הראשונה והברורה היא שהאסטרואיד רחוק, לכן קשה להגיע אליו, וכשהחללית כבר נמצאת לידו יש עיכוב ניכר בקבלת הפקודות, לכן החללית צריכה להיות אוטונומית. בנוסף, האסטרואיד קטן וקשה להכניס חללית למסלול סביבו. אלו אתגרים הנדסיים לא פשוטים, אבל הטכנולוגיה שמאפשרת לפתור אותם קיימת. הבעיה הגדולה יותר היא שכל עוד לא הגענו אל האסטרואיד ודגמנו אותו, אנחנו לא יודעים באמת ממה הוא מורכב ומה המבנה שלו. צריך לזכור שאנחנו רואים את האסטרואיד מסביבת כדור הארץ. אנחנו יכולים לבחון אותו במגוון טלסקופים שונים, ובעזרת תמונות בתדרים שונים אנחנו יכולים להעריך מהו ההרכב הכימי שלו, אבל אנחנו לא יכולים לדעת איך האסטרואיד "בנוי". כלומר, גם אם אנחנו יודעים שהאסטרואיד מורכב ברובו ממתכת כלשהי, אנחנו לא יודעים אם הוא גוש מתכת אחד, אבק של אבנים הדבוקות באמצעות חומר נוסף, או פשוט "חול" של המתכת. לכן אנחנו לא יכולים לקבוע מהי הדרך הטובה ביותר לאסוף דגימה מהאסטרואיד.
ולשאלה מה השתבש במשימה הראשונה. במשימה זו נעה החללית היפנית קרוב מאוד לאסטרואיד איטוקאווה ((25143) Itokawa). היא ירתה כדורונים אל פני האסטרואיד וניסתה לתפוס מהנתזים והרסס, אך הצליחה לאסוף פחות מגרם אחד של חומר. החללית הייתה אמורה גם להוריד נחתת אל האסטרואיד, אבל בגלל חישוב שגוי של הכבידה שוחררה הנחתת לפני הזמן ועפה לחלל.
במשימה היפנית השנייה החללית הייתה אמורה לאסוף שלוש דגימות מהאסטרואיד ריוגו ((162173) Ryugu). כשהחללית הגיעה לאסטרואיד והורידה אליו נחתת, התברר שהוא עשוי סלעים ענקיים, ולא ניתן היה לאסוף שתיים מתוך שלוש הדגימות. החללית הצליחה לאסוף כ-6 גרם חומר מהאסטרואיד ולהביא את הדגימה לכדור הארץ.
גם החללית האמריקאית שהגיעה אל האסטרואיד בנו "הופתעה" מן המבנה שלו. שלא כמו המשימות היפניות, שהיו אמורות "לירות" על השטח ואז "לגרוף" את הדגימה, אוסיריס-רקס הייתה אמורה לנחות על האסטרואיד, או ליתר דיוק "להניח עליו רגל". (ראו הדמיה בתמונת הנושא של הפוסט. דרך אגב, בבחירת מיקום הנחת הרגל השתתף הפיזיקאי ד"ר בריאן מיי, שמוכר גם כגיטריסט של להקת קווין.) בקצה הרגל של החללית, כף הרגל אם תרצו, נמצא מכשיר שהוא ההפך משואב אבק – נושף גז. הנושף היה אמור להעלות אבק שהחללית תוכל לאסוף ולהביא אל כדור הארץ. אבל כשהרגל של אוסיריס-רקס נגעה באסטרואיד, נמצא שהוא אינו קשיח כפי שחשבו.
האסטרואיד, כך התברר, מורכב מחצץ וחול, אשר מוחזקים יחד רק בכוח הכבידה הלא גדול של האסטרואיד עצמו. דמיינו גוש ענק של חול טובעני, או בריכת כדורים חללית שמכילה אבק כוכבים במקום כדורים. אז כשאוסיריס-רקס הניחה רגל על האסטרואיד, הרגל שקעה פנימה! וכשנושף הגז הופעל, במקום להעלות קצת אבק הוא העלה קיר של חצץ!
למזלנו, תוכנן שעם הפעלת הנושף יופעלו המנועים והחללית תתרחק מהאסטרואיד תוך כדי איסוף חומר, וכך היה. החללית נסקה בחזרה לחלל כשהיא לוקחת איתה כמות גדולה למדי של חומר. כמה חומר? לפחות 60 גרם, אולי אף יותר, עד 2 ק"ג. נדע אחרי שיפתחו את הקפסולה ויבדקו.
אחרי איסוף הדגימה המשיכה אוסיריס-רקס להסתובב עוד קצת סביב האסטרואיד, לחקור אותו ולצלם תמונות. היא עברה מעל נקודת האיסוף וצילמה את המכתש הגדול למדי שנוצר שם. הדגימה צפויה לנחות היום על כדור הארץ, ונוכל להשתמש בה כדי ללמוד על אסטרואידים ועל מערכת השמש.
אבל משימת אוסיריס-רקס עדיין לא הסתיימה, והחללית עצמה לא תנחת על פני כדור הארץ. אז איך תגיע הדגימה? החללית תתקרב אל כדור הארץ ותשגר אותה בתוך "קפסולת נחתת", קפסולה שמסוגלת לספוג את החום שנוצר עם הכניסה לאטמוספרה, ויכולה גם לפרוס מצנח. אחרי הורדת הדגימה תמשיך אוסיריס-רקס לאסטרואיד ענק אחר: אפופיס (99942 Apophis). זהו אסטרואיד גדול מאוד, והוא מגיע למרחק קצר יחסית ממסלול כדור הארץ. אוסיריס-רקס תעזור לנו להבין מהו המסלול המדויק של האסטרואיד, וגם איך הוא עשוי ואילו חומרים מרכיבים אותו, כדי שנדע אילו הוראות לתת לברוס ויליס כשיצא למשימה להצלת כדור הארץ.
משימות איסוף הדגימות מאסטרואידים תורמות רבות למדע. מדענים לומדים מדגימות אלו על הרכב האסטרואידים ועל הצורה שבה הם בנויים, והמחקר עליהן יוכל לשפוך אור על אופן היווצרותה של מערכת השמש. ואולי דגימות אלו יוכלו גם לשנות את העולם בכך שיהיו פתח לתעשייה של כריית מחצבים מגופים שמימיים.
עריכה: סמדר רבן
מקורות והרחבות
מרצה במחלקה להנדסת מכונות, במכללה האקדמית להנדסה בראודה בכרמיאל. אלעד דוקטור למערכות אוטונומיות ורובוטיקה, חוקר בינה מלאכותית ואופטימיזציה.
