PANIC lander revolutionerer asteroidforskning

Et amerikansk-tysk team af forskere har foreslået at udvikle en mikroskala, lavoverflade lander til in situ karakterisering af en asteroide. Det lille rumfartøj, kaldet Pico Autonomous Near-Earth Asteroid In Situ Characterizer (PANIC), kunne være et gennembrud for det videnskabelige samfund, tilbyder en enkel, billig løsning til asteroidforskning.

Konceptet med PANIC-missionen forestiller sig en tetraederformet lander med en kantlængde på kun 13,78 tommer (35 centimeter) og en samlet masse på cirka 26,5 lbs. (12 kg). Rumfartøjets størrelse og struktur gør det muligt at være vært for fire videnskabelige instrumenter. Landeren selv vil blive leveret til en asteroide ombord på en interplanetarisk sonde, og en gang på overfladen af ​​en rumsten, vil bruge hopping som en bevægelsesmekanisme i mikrogravitation.

Ifølge forfatterne til papiret, der beskriver PANIC -missionskonceptet, en af ​​de største fordele ved projektet ville være dets enkelhed og omkostningseffektivitet.

"Vi sigtede mod et enkelt og billigt koncept, afbøde potentielle risici. Jeg tror, ​​det er muligt at bygge en PANIC lander inden for et omkostningsbudget på $ 5 til $ 10 millioner, også i betragtning af, at landeren udelukkende ville blive drevet af ikke-genopladelige primære celler, der leverede en levetid på 24 til 36 timer, "Karsten Schindler fra Technische Universität Dresden (TUD) i Tyskland og hovedforfatter af papiret, fortalte Astrowatch.net.

Forfatterne af undersøgelsen mener, at PANIC ville være et godt alternativ til komplekse og dyre traditionelle landere. Det kan være en reel milepæl i asteroidforskningens historie, da intet landingsforsøg fra en dedikeret lander hidtil har været vellykket på en asteroide. NASAs NEAR Shoemaker-sonde landede ved afslutningen af ​​sin mission i 2001 på Asteroiden nær jorden (NEA) Eros og de to touchdowns af Japans Hayabusa på NEA Itokawa i 2005 gav kun meget begrænsede oplysninger.

"Begge sonder berørte overfladen, men de havde ikke instrumenter om bord til en in situ analyse. En dedikeret lander ville være en vigtig tilføjelse til enhver fremtidig asteroideforsøgsmission, da den giver os mulighed for at måle den 'grundsandhed', der er nødvendig for at kalibrere fjernsensningsdata; et problem, som hver rumfartøjsmission står over for, uanset hvilket himmellegeme den udforsker, enten eksternt fra kredsløb eller under en fly-by, "Sagde Schindler.

Forskerne hævder, at det er muligt at erhverve disse "grundsande" -data med meget beskedne udgifter i rumfartøjets vægt, omkostninger og operationer i mikro-tyngdekraftsmiljøet i en lille krop. De bemærker, at ideen med PANIC lander er at prøve overfladen flere steder, noget en prøve returmission sandsynligvis ikke ville være i stand til at gøre.

"Alle disse oplysninger vil bidrage til vores forståelse af asteroidernes sammensætning og struktur, hvilket også er afgørende med hensyn til påvirkningsfaren for NEA'er, og eventuelle potentielle modforanstaltninger, der måske skal træffes en dag, "Bemærkede Schindler.

Fire instrumenter blev foreslået af forfatterne som den PANIC landers videnskabelige nyttelast. Ifølge forskerne, for at få mest muligt ud af håndværket, den skal bære to spektrometre, et mikroskopisk kamera og et kamera.

Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS) vil blive brugt til direkte at bestemme elementære mængder på landingsstedet, mens det nær-infrarøde spektrometer (NIRS) vil blive brugt til at studere mineralogien og optiske egenskaber ved bølgelængder på 0,8-2,5 µm. Med en rumlig opløsning på 6 µm/pixel, Microscopic Imager (MIC) vil undersøge kornstørrelsesfordelingen og søge efter tegn på fælge dannet af nanofase. Stereokamera (SC) -systemet muliggør billeddannelse af det omgivende terræn i en retning fra landeren ved hjælp af dens vidvinklede optik og måler afstanden og størrelsen af ​​geologiske overfladeegenskaber.

"Vi føler, at den mindste nyttelast bør være en kombination af et nær-infrarødt spektrometer og et mikroskopisk billedkamera. Hvorfor? Spektrale egenskaber påvirkes væsentligt af partikelstørrelse, overfladetemperatur, fasevinkel og bestråling, "Sagde Schindler.

For eksempel, NIRS ved hjælp af en kalibreret lyskilde og en veldefineret synsgeometri tæt på overfladen, ville hjælpe med at fortolke fjernerhvervede spektre.

"For at validere forskellige teknikker til modellering af spektre, vi har brug for en information om den gennemsnitlige partikelstørrelse, der kun kan opnås fra mikroskopiske billeder. Ligeledes, disse billeder kunne give os mulighed for at se ændringer i de optiske egenskaber, der skyldes rumforvitring, "Tilføjede Schindler.

Begrebet PANIC lander blev inspireret af Hayabusas MINERVA lander såvel som af CubeSats. MINERVA var en model at følge for dem, da det var bygget helt ud fra kommercielle, hyldekomponenter til et ekstremt lavt budget. Dette japanske minirumfartøj demonstrerede en levetid på 18 timer på Itokawa, på trods af dens skæbne med at undslippe asteroidens tyngdekraftsfelt.

I 2008, under NASAs sommerstudieværksted kendt som Small Spacecraft Summer Study Project (S4P), ideen om den PANIC lander udviklede sig. Værkstedet, rettet mod at designe missioner til nærliggende jordobjekter (NEO'er), resulterede i "Didymos Explorer" binært rendezvous missionskoncept, og PANIC blev inkluderet i denne undersøgelse, øge interessen for denne billige lille asteroide karakteristik.

"Efter afslutningen af ​​programmet, vi fortsatte med en grundig undersøgelse af landeren som et enkeltstående instrument, hvis videnskabelige mål gælder for enhver mission til en asteroide, uafhængigt af det endelige målvalg. Vi afsluttede vores studie i september 2009, og offentliggjorde alle fund efterfølgende i Acta Astronautica . Vi havde interesserede parter på NASA, DLR (German Aerospace Center), Max Planck Society og JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), alle studerede missioner til nær-jord asteroider på det tidspunkt, og præsenterede dette koncept på forskellige møder (f.eks. European Planetary Science Congress og Planetary Defense Conference), modtage flere henvendelser fra forskellige sider, "Afslørede Schindler.

Selvom PANIC -konceptet i øjeblikket er i tidlige udviklingsstadier, det kan ses som en færdig fase 0 -undersøgelse, der let kan omdannes til grundlaget for et forslag om at erhverve finansiering og bygge hardware til en fremtidig flyvemulighed. Især et lignende koncept, MASCOT landeren, blev undersøgt uafhængigt og er til sidst blevet realiseret til Hayabusa 2 -missionen, der blev lanceret i december 2014. Det beviser, at en sådan idé kan implementeres relativt hurtigt.