Psyche ( «Психе́я» ) — космический аппарат NASA по изучению металлического астероида (16) Психея , который может пролить свет на происхождение планетных ядер . Запущен с помощью ракеты Falcon Heavy 13 октября 2023 года.

Основоположник миссии — Линди Элкинс-Тэнтон из университета Аризоны , она предложила эту миссию NASA для программы « Discovery Program ». Миссию Psyche окончательно утвердили 4 января 2017 года. Проектом управляет лаборатория реактивного движения (JPL) .

Изначально планировалось, что в качестве попутной нагрузки в космос будут выведены два малых аппарата для исследования двойных астероидов (предварительно определены две потенциальные цели: и), но в 2022 году из-за переноса даты пуска от этих планов отказались. Рассматривались и другие возможности, например для пролёта мимо астероида (2) Паллада .

(16) Психея — самый тяжёлый из известных астероидов класса М . Считается, что это ядро протопланеты , остаток после столкновения, которое содрало все остальные слои. Радарные наблюдения говорят, что этот астероид состоит из железа и никеля .

Обзор миссии

Данные показывают, что астероид (16) Психея имеет диаметр около 252 км. Учёные считают, что она может быть голым ядром протопланеты , которая могла быть размером с Марс и потерять внешние слои в результате серии столкновений.

Аппарат построен Лабораторией реактивного движения (JPL) НАСА в сотрудничестве с SSL (ранее Space Systems/Loral) и Университетом штата Аризона.

Научные цели и задачи

В формировании многих астероидов и всех планет земной группы важную роль играла гравитационная дифференциация , и прямое исследование ядра могло бы значительно улучшить понимание этого процесса. «Психея» будет изучать геологию, форму, элементный состав, магнитное поле и распределение масс астероида (16) Психея . Ожидается, что эта миссия расширит понимание формирования планет и их внутренних структур. Научные цели миссии:

• Понять ранее неисследованную часть формирования планеты: железные ядра.
• Заглянуть внутрь планет земной группы, включая Землю, непосредственно исследуя внутреннюю часть дифференцированного тела, которое иначе не было бы видно.
• Исследовать новый тип мира, сделанный из металла.
• Определить, является ли Психея ядром, или это расплавленное вещество.
• Определить относительный возраст областей поверхности Психеи.
• Определить, содержат ли небольшие металлические тела те же лёгкие элементы, которые ожидаются в ядре высокого давления Земли.
• Определить, образовалась ли Психея в условиях, более окислительных или более восстановительных, чем ядро Земли.
• Охарактеризовать топографию Психеи.

Научные вопросы миссии:

• Является ли Психея обнажённым ядром дифференцированной планетезимали, или она была сформирована как богатое железом тело? Каковы были части планет до слипания? Были ли у планетезималей, которые образовались вблизи Солнца и далеко очень разные составы?
• Если Психея была лишена своей мантии, когда и как это произошло?
• Если Психея когда-то была расплавлена, она затвердела изнутри или снаружи?
• Возможно, Психея обладает магнитным полем, как он охлаждается?
• Каковы основные элементы, которые сосуществуют в металлическом железе сердечника?
• Каковы основные характеристики геологической поверхности и глобальной топографии? (16) Психея радикально отличается от известных каменистых и ледяных тел?
• Чем отличаются кратеры на металлическом теле от скал или льда?

План полёта

Психея прибудет к астероиду (16) Психея и выйдет на орбиту вокруг него в 2029 году. Космический корабль будет вращаться на уменьшающихся высотах или режимах. Его первый режим, «Орбита A», позволит космическому кораблю выйти на орбиту длиной 700 км для определения магнитного поля и предварительного картографирования в течение 56 дней. Затем он опустится на орбиту B, установленную на высоте 290 км, на 76 дней для тех же целей. Далее он опустится на орбиту C на высоте 170 км, на 100 дней для исследования гравитации и магнитного поля. Наконец, орбитальный аппарат выйдет на орбиту D на высоте 85 км, чтобы определить химический состав поверхности с помощью гамма-излучения и нейтронных спектрометров. Планируется, что аппарат пробудет на орбите астероида в течение не менее 21 месяца.

История

Миссия «Психея» была представлена в рамках конкурса предложений для программы «Discovery» НАСА в феврале 2015 года. Она была включена в список из 5 финалистов 30 сентября 2015 года и получила 3 млн долл. на дальнейшую разработку концепции. Одним из аспектов отбора было длительное «посещение объекта», когда около 30 сотрудников НАСА приходят и проводят собеседования, осматривают и задают вопросы авторам предложений и их плану.

4 января 2017 года « Люси » и «Психея» были выбраны для 13-й и 14-й миссий «Discovery», соответственно, с запуском «Психеи» в 2023 году. В мае 2017 года дата запуска была перенесена на август 2022 года с ожидаемым прибытием 31 января 2026 года и манёвром в гравитационном поле Марса 23 мая 2023 года.

В феврале 2021 года НАСА сообщило, что реализация миссии «Психея» скоро вступит в финальную стадию .

В июне 2022 года НАСА сообщило о том, что из-за проблем с программным обеспечением, отвечающим за управление аппаратом, не успевает завершить тестирование аппарата до закрытия пускового окна в октябре 2022 года. Запуск возможен в 2023 и 2024 году с прибытием к астероиду в 2029 и 2030 году соответственно .

В октябре 2022 года NASA сообщило, что планирует запустить станцию 10 октября 2023 года с прибытием к цели в 2029 году . В июле 2023 года дата запуска уточнена — 5 октября 2023 года . В сентябре 2023 года дата запуска перенесена на 12 октября 2023 года в 14:16 UTC .

13 октября 2023 года аппарат был успешно запущен .

Траектория полёта

Конструкция КА

«Психея» будет использовать солнечный ЭРД ^{[ уточнить ]} , и будет нести научную полезную нагрузку: A-магнитометр и гамма-спектрометр.

Полезная нагрузка

Психея будет летать с грузом 30 кг, состоящим из четырёх научных инструментов:

• Многоспектральная камера обеспечит изображения с высоким разрешением с помощью фильтров для различения металлических и силикатных компонентов.
• Гамма-и нейтронный спектрометр проанализирует и отобразит элементный состав астероида.
• Магнитометр будет измерять и отображать остаточное магнитное поле астероида.
• Измерение параметров орбиты при помощи штатной системы связи позволит изучить гравитационное поле астероида и определить его внутреннюю структуру.
• Космический корабль также будет испытывать экспериментальную технологию лазерной связи под названием Deep Space Optical Communications. Ожидается, что устройство сможет повысить производительность и эффективность связи космического корабля в 10-100 раз по сравнению с обычными средствами. Лазерные лучи от космического корабля будут приниматься наземным телескопом в Паломарской обсерватории в Калифорнии.

Двигатель

Параметр	Значение
Тип	Двигатель на эффекте Холла
Мощность	0,9—4,5 кВт; производительность солнечной батареи — 20 кВт на Земле и 2,3 кВт на Психее
Удельный импульс	1800 с
Полный импульс	8,2 мН·с
осевая нагрузка	280 мН
Масса двигателя	8,5 кг
Масса топлива	≈ 425 кг ксенона

Эта миссия будет использовать двигатель SPT-140 ( стационарный плазменный двигатель ^{[ уточнить ]} ) с эффектом Холла, использующий солнечную электрическую тягу, когда электричество, генерируемое солнечными батареями , передаётся на электрический, а не на химический ракетный двигатель. Двигатель номинально рассчитан на рабочую мощность 4,5 кВт , мощность в течение длительного времени — около 900 Вт.

Концепция двигателя была разработана в СССР в ОКБ « Факел » и дорабатывалась в НАСА и компаниях Space Systems/Loral и Pratt & Whitney с конца 1980-х годов. SPT-140 был впервые испытан в США в 2002 году в рамках программы внедрения ракетных движителей ВВС США. Использование солнечных электрических двигателей позволит космическому аппарату достичь (16) Психеи (3,3 астрономических единиц) гораздо быстрее, при этом потребляя всего 10 % топлива от того количества, которое потребовалось бы при использовании обычных химических двигателей.

Электричество будет генерироваться двусторонними солнечными батареями в форме буквы X с пятью панелями на каждой стороне.

Примечания

Ссылки

• на NASA.gov (англ.)