La nave espacial OSIRIS-REx lleva orbitando el asteroide Bennu desde diciembre de 2018 para intentar descubrir más cosas sobre su química y geología. Y por una buena razón: "Bennu es una cápsula del tiempo. Está ahí fuera desde hace 4500 millones de años y lleva consigo la historia de ese entorno", asegura el máximo responsable de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA, Thomas Zurbuchen.

Si logramos estudiar con gran detalle a Bennu, de 1.640 metros de largo, y a otros asteroides similares, sería posible desentrañar cómo se mezclan los ingredientes que conducen a la formación de planetas como la Tierra y, finalmente, a la vida. Ahora viene lo difícil: obtener una muestra.

OSIRIS-REx ya ha valido la pena hasta cierto punto. En menos de dos años hemos confirmado que Bennu es rico en minerales orgánicos e hidratados. Hemos aprendido que probablemente alguna vez tuvo grandes ríos de agua fluyendo por su interior. Hemos visto que es un asteroide "activo": pierde masa a través de la expulsión de escombros. También hemos descubierto, en contra de nuestras creencias iniciales, que la superficie del asteroide no está cubierta de granitos finos como una playa de arena, sino más bien de piedras. Es duro, rocoso y escarpado. 

Pero todas estas revelaciones carecen de importancia si se comparan con lo que podríamos descubrir si fuéramos capaces de obtener algunas muestras de Bennu y traerlas a la Tierra para que los científicos las estudien en el laboratorio. Ese es precisamente el objetivo de hoy, cuando está planificado que OSIRIS-REx se dirija hacia la superficie del asteroide e intente recoger algunos escombros y polvo de la superficie. Será una de las tareas más difíciles que jamás haya intentado la NASA, que tendrá lugar durante 4,5 tensas horas a más de 322 millones de kilómetros de la Tierra. Luego, la nave debe traer la muestra de forma segura a la Tierra en los próximos tres años.

Las misiones de recogida de muestras de asteroides y de su retorno no son nuevas: la Hayabusa 2 de Japón recogió material del asteroide Ryugu y lo traerá de vuelta en diciembre. Pero a diferencia de Hayabusa 2, que usó balas espaciales de alta velocidad para conseguir estas muestras, OSIRIS-REx utilizará lo que se podría describir como una "aspiradora inversa".

Se ha denominado TAGSAM, abreviatura de "mecanismo táctil de adquisición de muestras" (en inglés: touch-and-go sample acquisition mechanism). Se trata de un brazo de 3,35 metros de largo con un cabezal colector en la parte final. A medida que el cabezal se acerca al asteroide, lanza gas nitrógeno a la superficie para intentar mover el material (idealmente cualquier partícula de dos centímetros o menos) hacia el cabezal de la recogida. Según la directora científica de la misión en Lockheed Martin, Olivia Billett, es un concepto completamente nuevo para la recogida de muestras extraterrestres. "El cabezal de TAGSAM fue diseñado por un ingeniero de Lockheed Martin en su garaje, que trabajaba simplemente con una lata de aire comprimido y un vaso de plástico", explica.

TAGSAM Testing from Lockheed Martin Space on Vimeo.

El aparato de recogida de muestras fue ideado inicialmente para una playa espacial arenosa con un área de 50 metros. Como ahora sabemos, eso no existe en Bennu. Así que el equipo se ha decidido la ubicación de 15 metros de diámetro llamada Nightingale, ubicada dentro de un cráter que se cree que está bien conservado. Hay rocas del tamaño de edificios que rodean este sitio y muchas otras piedras grandes que podrían afectar la recogida de muestras o destruir totalmente el brazo de TAGSAM. Pero, aun así, sigue siendo la mejor opción para una recogida segura de un material tan importante.

También se desarrollaron algunas nuevas funciones para tratar de mantener la sonda a salvo durante ese proceso. Una fue sustituir el impreciso sistema de navegación y guía basado en LIDAR por el seguimiento de características naturales (NFT), en el que una cámara óptica tomará imágenes de la superficie continuamente durante toda la operación TAGSAM de 4,5 horas y las procesará para actualizar la estimación de la trayectoria de la nave espacial. Según Billett, esta es la primera vez que se utiliza NFT como parte de una misión espacial. Dado que las comunicaciones entre la Tierra y OSIRIS-REx tardan más de 18 minutos en una dirección, el control autónomo será fundamental para gestionar las maniobras sobre la marcha. 

La recogida de muestras funcionará de la siguiente manera:

Fase de preparación

El equipo OSIRIS-REx lleva semanas introduciendo todas las indicaciones de comando apropiadas para maniobrar minuciosamente la nave espacial de modo que hoy se encuentre exactamente en el lugar correcto para iniciar el proceso de recogida de muestras. 

A 762 metros sobre la superficie, 4,5 horas para el aterrizaje

La nave espacial empezará la maniobra para salir de la órbita y dirigirse hacia Nightingale. Poco después de abandonar la órbita, se desplegará el brazo de TAGSAM, la nave espacial girará en la orientación adecuada y la cámara de navegación que habilita el sistema NFT se redirigirá hacia la superficie de Bennu. Desde ahí, el NFT trabajará constantemente para determinar la posición de OSIRIS-REx y garantizar su seguridad según un mapa de peligros en la superficie.

A 125 metros, 20 minutos para el aterrizaje

Los paneles solares de la nave espacial estarán colocados en la posición de "ala en Y". OSIRIS-REx activará sus propulsores para realizar un "arranque del punto de control", lo que garantizará que la nave espacial se dirige hacia Nightingale. 

A 54 metros, 10 minutos para el aterrizaje

Los propulsores se activan de nuevo para el "arranque del punto de encuentro" para igualar la velocidad de la nave espacial con la rotación del asteroide. Esto establece el contacto y la velocidad precisos para el aterrizaje, y la nave espacial estará básicamente en un descenso de caída libre hacia la superficie. 

A 5 metros

Este es el punto de referencia final antes de que ocurra la recogida de muestras. Si el sistema NFT detecta que el brazo de TAGSAM está bajando sobre algo peligroso señalado por el mapa de peligros, activará automáticamente un arranque de aborto que llevaría la nave espacial hacia arriba y lejos de la superficie. Billett afirma que hay un 5,8 % de posibilidades de que esto suceda. De lo contrario, TAGSAM seguirá bajando. 

Aterrizaje

TAGSAM hará un contacto breve y muy suave con la superficie durante entre cinco segundos y 10 segundos. Durante ese tiempo, se activará la botella de gas nitrógeno y empezará la recogida de muestras. Al terminar, los propulsores volverán a arrancar y la nave espacial se dirigirá a una distancia segura del asteroide.

Vídeo: Una animación de la recogida de muestras de TAGSAM en el entorno de baja gravedad de Bennu.

El período posterior

El objetivo es que el cabezal de TAGSAM recoja al menos 60 gramos de material (aunque podría llegar a guardar hasta dos kilos). El equipo realizará una serie de experimentos durante la semana siguiente para verificar si se ha logrado. Comenzará con las pruebas visuales del cabezal de TAGSAM mediante una de las cámaras a bordo. Luego, el equipo medirá la masa de la muestra dentro del cabezal. Realmente no se puede pesar nada en el campo de microgravedad de Bennu (una millonésima parte de la gravedad en la superficie de la Tierra), por lo que los investigadores se centrarán en observar el giro de la nave espacial (que debería cambiar con la masa añadida). Si el equipo considera que se ha recogido una muestra suficiente, se guardará en la cápsula de retorno de muestras.

Pero en realidad existe un 30 % de posibilidades de que OSIRIS-REx no consiga recoger suficiente material. TAGSAM tiene dos botellas de gas nitrógeno más para dos intentos de recogida adicionales. Como Nightingale ya habrá sufrido perturbaciones por el primer aterrizaje, lo más probable es que un segundo intento ocurra en enero en un sitio denominado Osprey. Eso significa que a lo mejor podríamos obtener muestras de dos sitios diferentes de Bennu, y los investigadores en la Tierra tendrán que desentrañar todo y averiguar qué muestra se originó en qué lugar. 

Eso puede parecer complicado, pero sería un pequeño precio para obtener escombros de una roca a 322 millones de kilómetros de distancia. De todas formas, está programado que OSIRIS-REx deje Bennu más adelante en 2021 y traiga las muestras recogidas el 24 de septiembre de 2023.