Att hämta ett asteroidprov är ingen lätt uppgift. Att göra jobbet för ögonen är ännu mer utmanande. Det är därför forskare utrustade OSIRIS-REx-rymdfarkosten med en uppsättning ögon för att se allt utvecklas.

NASAs ursprung, Spektral tolkning, Resursidentifiering, Security-Regolith Explorer (OSIRIS-REx) lanserades 8 september, 2016, och reser till en asteroid nära jorden som kallas Bennu, att skörda ett prov av ytmaterial, och lämna tillbaka den till jorden för studier. En trio kameror kommer att fånga allt.

OSIRIS-REx kamerasvit, eller OCAMS, består av tre kameror. PolyCam är en högupplöst kamera som kommer att få de första bilderna av Bennu och utföra en första kartläggning av asteroiden. MapCam är en medellös upplösningskamera som kartlägger asteroiden i färg och söker efter satelliter och dammplum. SamCam kommer att dokumentera provtagningsprocessen. Rymdfarkosten kommer att lagra bilderna som tagits av OCAMS och skicka dem till OSIRIS-REx-teamet några dagar.

Forskare utformade kamerasviten för att vara funktionellt redundant, vilket betyder att om en av kamerorna misslyckas under uppdraget, de andra två kamerorna kan stå i.

"När du har ett kritiskt uppdrag som detta, du vill ha redundans, "sa Christian d'Aubigny, OCAMS biträdande instrumentforskare vid University of Arizona, Tucson. "Kamerorna har en viss överlappning i sina funktioner. De är inte exakta kopior av varandra, men om man misslyckas, de kan fortfarande få jobbet gjort. "

Den första kameran som såg Bennu heter PolyCam. I likhet med en polymat - en människa som är skicklig på att göra flera olika saker - kan PolyCam utföra ett brett spektrum av optiska uppgifter.

PolyCam har en fokuseringsmekanism som gör att den kan fokusera om från oändlighet till cirka 500 fot (0,15 kilometer), vilket ger PolyCam möjligheten att byta från att upptäcka stjärnor och asteroider långt ifrån till att lösa små stenar på ytan av asteroiden.

PolyCam har bättre synskärpa, eller synskärpa, än en örn. Flera örnarter kan se små föremål som byte från så långt som 3 miles bort. Men med sin höga upplösning, PolyCam kan förvärva bilder av föremål av liknande storlek på Bennu med en räckvidd på cirka 30 till 60 miles (48,2 till 96,5 kilometer) för att bestämma dess form och ta reda på hur forskarna kan manövrera rymdfarkosten runt asteroiden.

När PolyCam väl har utfört en första kartläggning av asteroiden, forskare kommer att använda kameran för att identifiera en plats där rymdfarkosten kan samla ett prov av Bennus yta som är så fri från risker som möjligt, som stenblock och dramatiska backar.

"Redan, cirka 3,5 kilometer, vi delar upp asteroidens yta i 'go' och 'no go' platser, "sa Bashar Rizk, OCAMS instrumentforskare vid University of Arizona. "Om en plats är täckt av faror, vi kommer bara inte att åka dit för vi vill inte riskera att skada rymdfarkosten. "

Den andra kameran för att få en glimt av Bennu heter MapCam. Denna kamera har ett bredare synfält än PolyCam och är utrustat med ett antal färgfilter i filterhjulet för att hjälpa forskarna att identifiera platser på asteroiden där specifika mineraler av intresse kan finnas, särskilt de som en gång kan ha varit i kontakt med flytande vatten.

MapCam kommer också att leta efter satelliter och dammränder, som kan utgöra en fara för rymdfarkosten. Det finns ett antal misstänkta mekanismer för plymbildning, såsom sublimering, där en frusen substans övergår direkt till en gas utan att först passera genom vätskefasen, och elektromagnetisk svävning på grund av elektrisk laddning från solvind när asteroiden kommer närmare solen.

"Asteroider utsätts för mycket solstrålning eftersom de inte har någon atmosfär, "Rizk sa." De torteras bara skoningslöst av solen varje gång de går runt den. "

På grund av brist på vatten på ytan, forskarna förutspår att Bennus regolit - ett lager löst material, inklusive damm, jord och trasig sten - är mycket torr, liknar månens yta. Ytmaterialet kan lätt fastna på saker, öka risken för att förorena rymdfarkosten OSIRIS-REx under provtagning.

Dammföroreningar är särskilt oroande för rymdfarkostens tredje kamera - SamCam. Denna kamera har låg upplösning, vidvinkelkamera utformad för att komma nära och personligt med asteroiden för att dokumentera provtagningen. När det är dags att hämta ett prov, SamCam måste kunna behålla sin funktionalitet i upp till tre försök.

För att bekämpa detta potentiella hot, teamet vid University of Arizona försåg SamCam med flera kopior av samma filter, som placeras framför kamerans optik för att fungera som ett lock. Filtren hjälper till att se till att kameran har en dammfri, obehindrad visning av provtagningshändelsen om provtagningen behöver upprepas.

Teamet var också tvunget att redogöra för strålning från gammastrålar och röntgenstrålar när man utformade OCAMS. Forskare inrymde kamerorna i en rustningsdräkt av massivt titan och aluminium. Dessa material kan blockera strålningen OSIRIS-REx kommer att möta under uppdraget. Linserna är gjorda av material, såsom kiseldioxid, som är strålningsbeständiga, liksom ett antal andra typer av glas som är infunderade med cerium, som hindrar glaset från att bli ogenomskinligt när det utsätts för höga strålningsnivåer.

"Vi försökte tänka på allt som rymdfarkosten kan utsättas för och redogöra för det, "Rizk sa." Det är en flerstegsprocess av simuleringar, testning och design för att säkerställa att kamerorna fungerar som de ska och att vi får de bästa bilderna vi kan. "

Ett samarbetande team av ingenjörer och forskare vid University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory och College of Optical Sciences och Utah State Universitys Space Dynamics Laboratory ägnade fyra och ett halvt år åt att designa och bygga OCAMS.

"I slutet, University of Arizona OCAMS -team gjorde ett utmärkt jobb med att designa, bygga och testa kamerasviten, "sa Brent Bos, OSIRIS-REx optikdisciplin leder vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

OSIRIS-REx ögon är en kritisk del för att hämta ett asteroidprov, som hjälper forskare att undersöka hur planeter bildades och hur livet började, samt förbättra vår förståelse av asteroider som kan påverka jorden.