När NASA:s rymdfarkost OSIRIS-REx går ner mot Bennus yta den 20 oktober, det kommer att vara första gången som ett USA-ledd uppdrag försöker plocka upp ett prov av orörda material från en asteroid. Bennu är sannolikt en utomjordisk ansamling av de ursprungliga resterna från bildandet av vårt solsystem.

Det University of Arizona-ledda uppdraget att prova en asteroid många miljoner mil från jorden är allt annat än en promenad på stranden. I själva verket, Bennu "är inte alls den sandstrand vi hoppades och förväntade oss, sa Thomas Zurbuchen, biträdande administratör för Science Mission Directorate vid NASA, under en mediahändelse den 24 september. När rymdfarkosten flyttade närmare och började skicka tillbaka de första detaljerade bilderna av Bennus yta, det överraskade uppdragsteamet och allmänheten genom att avslöja en stenig yta fylld med stenblock i stora husstorlekar.

Sedan dess ankomst den 3 december, 2018, rymdfarkosten OSIRIS-REx har ägnat sin tid åt att flyga runt asteroiden medan den skannar, fotografera, mäter och studerar mörkret, stenig bråtehög nedanför - först på avstånd, sedan på nära håll. Med hjälp av dess laserhöjdmätare, eller OLA, kombinerat med data från bilder tagna med rymdfarkostens PolyCam-instrument, uppdraget har producerat kartor med oöverträffade detaljer, bättre än någon planetkropp som besöks av rymdfarkoster. Uppdragets primära exempelwebbplats, som sitter inuti en krater som kallas Nightingale, valdes utifrån dessa kartor.

"Vi valde Nightingale för att överlägset, den har det mest finkorniga materialet av alla fyra exempelplatskandidater, sa Dante Lauretta, uppdragets huvudutredare och professor vid UArizona Lunar and Planetary Laboratory, under pressevenemanget. "Vi tillbringade tidigt 2020 med att göra spaningspass på låg höjd över den här platsen, slutligen avbildning med ungefär en åttondels tum per pixel. Vi har i princip otroligt detaljerade bilder som täcker hela kratern, och vi räknade alla dessa stenar."

Strax före 11.00 Arizona-tid den 20 oktober, thrusters på rymdfarkosten kommer att avfyra och försiktigt knuffa ut OSIRIS-REx ur sin omloppsbana runt Bennu och styra ner den mot den oländiga ytan. Den bränningen kommer att sätta igång en sekvens av händelser som har planerats noggrant av uppdragsteamet.

Vad händer om allt går som planerat? Och om det inte gör det?

När rymdfarkosten väl har gett sig av på nedstigningen till sitt mål, det kommer att förlita sig på vad uppdragsteamet kallar en "riskkarta" - en detaljerad representation av områden inom provplatsen som kan utgöra en risk för rymdfarkosten på grund av närvaron av stora stenar eller ojämn terräng.

Precis innan du rör vid ytan, rymdfarkosten kommer att jämföra bilder från en av sina kameror med farokartan lagrad i rymdfarkostens minne. Om nedstigningsvägen skulle resultera i att rymdfarkosten landade på en potentiellt osäker plats, systemet skulle automatiskt få rymdfarkosten att backa, ett scenario som har en sannolikhet på mindre än 6 % baserat på simuleringar.

Om allt går bra, rymdfarkosten kommer att utöka sin Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism, eller TAGSAM, som är upphängd i spetsen av en 11 fot lång arm. Påminner om ett luftfilter som används i en äldre bil, den är utformad för att samla in finkornigt material, men är kapabel att få i sig material upp till cirka tre fjärdedelar av en tum.

Provet kommer att samlas in under en "touch-and-go"-manöver, eller TAGGA, under vilken provtagningshuvudet kommer i kontakt med Bennus yta i cirka 10 sekunder. När rymdfarkosten upptäcker kontakt, den kommer att avfyra en av tre kvävgasflaskor, och ungefär som en omvänd dammsugare, rör upp ytmaterial – kallat regolit – inuti provtagningshuvudet, innan rymdfarkosten backar.

Som backup, provtagningshuvudet har en serie små skivor utformade för att ta upp damm som klibbiga kuddar, ifall något skulle gå fel med den gasdrivna provtagningsprocessen.

Teamet kommer att undersöka bilder tagna av rymdfarkostens samplingskamera, eller SamCam, av provtagningshuvudet när det kommer i kontakt med ytan. SamCam är en av tre kameror ombord på rymdfarkosten som byggdes vid UArizona.

"Vi kommer att kunna säga om vi lutade, om gas blåste ut åt sidan, om materialet var tillräckligt omrört, ", sa Lauretta. "Vi kommer också att ha en mycket bra indikation på den exakta platsen i Nightingale där vi tog kontakt och vi kan jämföra det med vår samplingskarta, för att bedöma om vi landade i ett område där det finns rikligt med provmaterial eller någon av de stenigare platserna."

SamCam kommer också att kunna ta bilder av provtagningshuvudet efter att rymdfarkosten har lämnat Nightingale-kratern och är ett säkert avstånd från asteroiden. Eftersom provtagningshuvudet är monterat på en handledsled, teamet kommer att kunna undersöka det i en annan orientering i förhållande till solen och provtagningskameran. Teamet kommer också att se eventuellt damm eller material på andra delar av TAGSAM, på armen eller på filten över gasflaskorna, Lauretta förklarade.

"Detta kommer att berätta för oss om vi flyttade runt tillräckligt med material när vi tog kontakt, och kanske, bara kanske, vi kommer att kunna se några av partiklarna i det inre av TAGSAM, om partiklarna är på rätt plats inuti huvudet och om vi får rätt belysningsförhållanden."

Efter TAG, teamet kommer sedan att ägna en vecka åt att bedöma hur mycket prov som samlades in. Det kommer att använda flera metoder för att uppskatta mängden prov, börjar med att avbilda provtagningshuvudet för visuell inspektion. Teamet kommer också att utföra utcheckningar av rymdfarkosten och instrumenten för att verifiera att det inte resulterade i försämring till någondera.

En piruett i rymden

Nästa, rymdfarkosten är beredd att utföra en manöver utformad för att ge forskarna på marken en uppskattning av hur mycket prov som samlats in. Med provtagningsarmen utsträckt, den kommer långsamt att snurra runt en axel vinkelrät mot TAGSAM för att mäta förändringen i massa som kan tillskrivas det insamlade provet jämfört med en tidigare mätning som tagits med provtagningshuvudet tomt.

På grund av osäkerhet i tekniken, Resultatet av mätningen måste överstiga den erforderliga provmassan för att ha hög tillförlitlighet för att ett adekvat prov är närvarande.

"Vi kommer att leta efter en 90% chans att vi har 60 faktiska gram eller mer, " sa Lauretta. "Allt under det, vi kommer att ha konversationer med NASA för att bedöma rymdfarkostens status, dess förmåga att gå in för en andra TAG, och för att bestämma om vi vill återvända med det vi har eller gå på ett andra TAG-försök."

Rymdfarkosten kan göra flera provtagningsförsök, eftersom den är utrustad med tre flaskor kvävgas. Till exempel, om den skulle landa på en säker plats men inte lyckades komma med ett bra prov, teamet har utvecklat beredskapsåtgärder för att säkerställa att uppdraget fortfarande uppfyller sitt primära vetenskapliga mål:samla in minst 60 gram (knappt 2 uns) ytmaterial och återlämna det till jorden.

"Om beslutet fattas måste vi gå in igen, vi måste få rymdfarkosten tillbaka i omloppsbana och genomföra en serie brännskador för att ställa in dess position i omloppsbana för nästa taggarförsök, sa Mike Moreau, biträdande projektledare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Maryland.

Medan Nightingale identifierades som det bästa stället att få ett prov på hela Bennu, det innebär fortfarande många utmaningar, sa Lauretta.

"Överlägset, det mest troliga resultatet vi kommer att få den 20 oktober är att vi kommer att kontakta ytan och kom iväg med ett stort prov som överträffar våra krav. Men Bennu har redan kastat oss ett antal kurvbollar, Det är därför vi är fullt beredda att tagga på Osprey (backupsidan) om det skulle bli nödvändigt, " han sa.

När beslutet är fattat att stuva provet, teamet kommer att fortsätta med att placera huvudet inuti provreturkapseln och försegla det för att återvända till jorden 2023. Och när den tiden kommer, chansen är stor att det kommer att ge tillbaka ännu mer än minimum 60 gram, eftersom TAGSAM designades för att fånga upp minst 150 gram, och under optimala förhållanden upp till 4 pund – tillräckligt för att hålla generationer av forskare sysselsatta i laboratorier på jorden.