Подробности миссии Psyche

Psyche - это миссия NASA по изучению богатого металлами астероида, расположенного в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Это первая миссия агентства по изучению астероида, в котором металла больше, чем камня или льда.

Путешествие космического аппарата Psyche (он носит то же имя, что и астероид), которому предстоит преодолеть 3,6 млрд км до астероида Психея, можно считать своеобразным путешествием к центру Земли. Всё дело в том, что некоторое время считалось, что данный астероид может быть обнажённым металлическим ядром протопланеты, которая была лишена своих внешних слоев в результате серии серьёзных столкновений во время раннего формирования нашей Солнечной системы. Такая планета могла быть размером с Марс. Однако недавние исследования опровергают такое происхождение Психеи. Научный зонд должен либо подтвердить новые выводы учёных, либо опровергнуть их и раскрыть нам тайну этого в буквальном смысле "тяжеловеса" среди астероидов. Исследование астероида Психея может улучшить наше понимание природы внутреннего строения планет и формирования, как нашей Солнечной системы, так и других планетных систем во Вселенной.

Но зонд Psyche даст нам нечто большее, чем просто возможность заглянуть в далёкое прошлое планет. Он призван испытать сразу несколько новых технологий. Вместо традиционного ракетного топлива он будет постепенно наращивать скорость, используя ионный двигатель. Впервые в глубоком космосе электричество от солнечных панелей космического зонда будет питать двигатели Холла. Космический аппарат, также впервые в дальнем космосе, продемонстрирует систему оптической связи, которая использует фотоны вместо радиоволн, что позволит передавать гораздо больше данных обратно на Землю. А теперь, время рассказать об этой миссии подробнее.

Астероид (16) Психея

Он был открыт в 1852 году итальянским астрономом Аннибале де Гаспарисом. Поскольку это был 16-й открытый астероид, его иногда называют - (16) Психея. Он назван в честь богини души из древнегреческой мифологии, часто изображаемой в виде женской фигуры с крыльями бабочки. Астероид вращается вокруг Солнца во внешней части главного пояса астероидов между Марсом и Юпитером. Он находится примерно в три раза дальше от Солнца, чем Земля. Поскольку Психея и Земля вращаются с разной скоростью, расстояние между нашей планетой и астероидом варьируется от 299 млн км до более чем 598 млн км.

Размеры астероида согласно измерениям составляют 280 x 232 км (в самом широком месте), а площадь поверхности оценивается в 165 800 км². Поверхностная гравитация на Психее намного меньше, чем на Земле, и даже, чем на Луне. Астероид крайне плотный и самый тяжёлый из известных нам астероидов класса M, по оценкам, кубический метр его недр весит от 3400 до 4100 кг. Психея, вероятно, состоит из смеси камня и металлов (железа и никеля), причем металлы составляют от 30% до 60% её объёма. Из-за этого предполагается, что существуют значительные различия в цвете поверхности астероида. Однако Психея таит ещё не мало тайн и пока камеры космического аппарата впервые не увидят астероид вблизи, мы не знаем, как он выглядит на самом деле и что из себя представляет.

Интересно, что команда миссии в шутку называет астероид - картофелиной. Причём, это крайне дорогой космический "картофель", стоимость полезных ископаемых астероида оценивается в $1 трлн, поэтому иногда его называют также "триллионным" астероидом (впрочем есть и намного большие оценки, например, $10 000 квадриллионов).

История миссии

— 2011 год - начало разработки концепции миссии, которую предложила профессор Линди Элкинс-Тэнтон - планетолог Аризонского государственного университета

— 2015 год - NASA выбирает Psyche, как одну из возможных миссий по длительному исследованию астероида

— 2017 год - агентство выбирает Psyche в качестве миссии программы Discovery и утверждает её запуск в 2022 году с прибытием к астероиду в 2026-м

— 2019 - 2021 года - утверждение конструкции зонда, изготовление научных инструментов

— 2021 - 2022 год - сборка и тестирование систем космического аппарата

— Июнь 2022 года - перенос запуска из-за неготовности стенда для испытания ПО зонда, потенциальная отмена миссии

— Октябрь 2022 года - сообщается, что все проблемы решены и запуск миссии назначен на 10 октября 2023 c прибытием к астероиду в 2029 году

— Июль 2023 года - запуск назначен на 5 октября

— Сентябрь 2023 года - запуск перенесён на 12 октября из-за дополнительных проверок двигателей ориентации зонда

— 12 октября 2023 года - запуск перенесён на сутки из-за плохих погодных условий на космодроме.

— 13 октября 2023 года - запланированный старт на ракете Falcon Heavy. Перелёт до астероида займёт 5 лет и 10 месяцев

— Май 2026 года - гравитационный манёвр у Марса

— Июль 2029 года - прибытие к Психее, захват АМС гравитацией астероида. Ожидается, что он в этот момент будет находиться в ~403 млн км (2,7 астрономических единицы) от Земли

— Август 2029 года - выход на орбиту в 700 км над поверхностью астероида, начало основной научной миссии, которая продлится около 26 месяцев. В рамках неё предполагается постепенное уменьшение высоты орбиты аппарата до 85 км над поверхностью астероида, что позволит максимально эффективно использовать научные инструменты зонда

— Ноябрь 2031 года - окончание основной миссии. Системы космического аппарата будут выводиться из эксплуатации.

АМС Psyche

Зонд Psyche размером с небольшой фургон, его спутниковая платформа имеет размеры - 4,9 x 2,2 x 2,4 м. С развёрнутыми двусторонними солнечными панелями (на 20 кВт у Земли и до 3,4 кВт у Психеи) размеры аппарата достигают - 25 x 7,3 м (что можно сравнить с теннисным кортом). Стартовая масса Psyche составляет - 2747 кг.

Зонд построен знаменитой Лабораторией реактивного движения (JPL) NASA вместе с Maxar на основе их платформы SSL-1300. Космический аппарат приводится в движение электрической силовой установкой SPT-140 на 4,5 кВт на основе 4-х двигателей Холла (на ксеноне). Удельный импульс двигателя составляет - 1800 с. Одновременно будет использоваться только один двигатель, обеспечивающий тягу до 240 миллиньютонов. Использование такого типа двигателей позволит зонду достичь астероида гораздо быстрее, при этом потратив около 10% топлива от того количества, что потребовалось бы при использовании обычных химических двигателей. Psyche станет первой миссией, в которой будут использоваться двигатели Холла за пределами лунной орбиты.

У зонда также есть семь баков с ксеноном, общей массой в 1085 кг. Psyche будет связываться с Землёй с помощью четырёх антенн: основной 2-х метровой от Maxar, и трёх небольших антенн, разработанных JPL.

Изначально планировалось, что в качестве вторичной полезной нагрузки миссии также будут запущены два малых спутника EscaPADE и Janus для исследования двойных астероидов, однако из-за нескольких переносов даты запуска было установлено, что новая траектория полёта Psyche не будет удовлетворять всем условиям их миссий, и от запуска вторичной нагрузки было решено отказаться.

Научные инструменты зонда

На борту АМС будет 4 научных инструмента общей массой в 30 кг.

Мультиспектральные камеры

Мощные камеры высокого разрешения позволят собирать данные о геологии, составе и топографии астероида. Они смогут делать снимки в видимом спектре, а также в ближних инфракрасных диапазонах. Это позволит идентифицировать металлы, силикаты и горные породы, из которых состоит астероид. Одна из камер также будет использоваться для оптической навигации.

Гамма-лучевой и нейтронный спектрометры

Два детектора, по одному для гамма-лучей и одному для нейтронов, должны выявить химические элементы на поверхности астероида: железо, никель, кремний и кислород. Их присутствие может рассказать нам историю формирования астероида и его эволюцию на протяжении тысячелетий.

Магнитометр

Один из лучших способов узнать внутреннее строение космического тела — измерить его магнитное поле. Оно ослабевает по мере того, как тело со временем остывает. Магнитометр будет искать доказательства существования древнего магнитного поля на астероиде. Подтверждение наличия остаточного магнитного поля у Психеи могло бы стать убедительным доказательством того, что астероид образовался из ядра протопланеты.

Радиотелекоммуникационная система

В рамках исследования гравитации будет использоваться радиотелекоммуникационная система X-диапазона для измерения гравитационного поля астероида и определения его вращения, массы и внутренней структуры. Высокоточные измерения гравитационного поля Психеи будут объединены с картографией небесного тела, полученными на основе его изображений. Собранные измерения должны показать неровности в гравитационном поле астероида.

Научные исследования

Научные цели миссии включают:

— Исследование нового типа металлического астероида

— Определение, является ли данный астероид обнажённым металлическим ядром протопланеты или он был сформирован, как богатое железом тело

— Определение возраста поверхности астероида

— Определение состава ядра и содержания в нём лёгких элементов

— Определение наличия магнитного поля

— Картографирование поверхности астероида и определение геологических параметров его поверхности, в т.ч. особенностей его кратеров.

Оптическая связь для дальнего космоса

Связь с помощью лазеров звучит как научная фантастика, но на Psyche она станет реальностью! NASA проведёт испытания новой технологии Deep Space Optical Communications (DSOC), которая, как ожидается, позволит Psyche передавать в 10-100 раз больше информации с помощью лазера, по сравнению с использованием связи на основе радиоволн. Это будет первая демонстрация NASA оптической связи с использованием инфракрасного лазера за пределами системы Земля-Луна.

Тесты новой технологии начнутся вскоре после запуска и продолжатся по мере того, как зонд начнёт отдаляться от Земли и приближаться к Марсу. Испытания оптической связи будут проводиться на расстояниях от 0,1 до 2,5 астрономических единиц. DSOC не предназначен для передачи научных данных от астероида, поскольку демонстрация технологии запланирована на первые два года полёта миссии. Для приёма данных Psyche на Земле будет использоваться 5,1-метровый телескоп Хейла в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института. Для приёма данных с Земли на зонде будет использоваться телескоп системы DSOC с апертурой в 22 см.

Если данная технология окажется успешной, её предполагается использовать в будущих роботизированных космических аппаратах для передачи огромных объёмов научных данных. В конечном итоге DSOC может проложить путь к широкополосной связи в дальнем космосе и поможет поддержать будущие пилотируемые миссии NASA на Марс.

Запуск

Стоимость запуска составляет - $117 млн (что лишь немногим больше запуска Falcon Heavy с возвратом всех ускорителей, который оценивается компанией в $97 млн, однако в данном запуске планируется спасти два боковых ускорителя ракеты). Стоимость затрат на всю миссию оценивается в $985 млн. Миссия управляется Лабораторией реактивного движения (JPL), NASA и Аризонским государственным университетом.

Psyche — первая в серии научных миссий NASA, которая будет запущена на ракете Falcon Heavy. Это также будет 4-й запуск этой сверхтяжёлой ракеты SpaceX в этом году и 8-й в её полётной истории.

Старт планируется - 13 октября в 17:19 МСК (14:19 UTС) со стартовой площадки LC-39A Космического центра им. Кеннеди во Флориде.

Погода - 50% GO! Миссия может быть запущена в каждый из дней стартового окна с 13 по 25 октября.

Благодарим нашего подписчика Александра Тарлаковского за часть предоставленного материала.