Psyche (космический аппарат)

У этого термина существуют и другие значения, см. Психея (значения).

Psyche^[3] («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.

Психея
Discovery 14
Заказчик	NASA
Производитель	NASA
Оператор	NASA и Университет штата Аризона
Задачи	Изучение астероида (16) Психея
Спутник	(16) Психеи
Стартовая площадка	КЦ Кеннеди, LC-39A
Ракета-носитель	Falcon Heavy
Запуск	13 октября 2023[1]
Выход на орбиту	2029[2]
COSPAR ID	2023-157A
SCN	58049
Технические характеристики
Платформа	SSL 1300
Масса	2608 кг
Целевая аппаратура
Многоспектральная камера	Камера, которая может снимать в разных диапазонах спектра
Гамма и нейтронный спектрометр	Спектрометр
Магнитометр	Инструмент, изучающий магнитное поле
X-band gravity science investigation	X-band gravity science investigation
Логотип миссии
psyche.asu.edu (англ.)
Медиафайлы на Викискладе

Discovery ←Люси VERITAS→
Тип	космический зонд и орбитальный аппарат
Сайт	psyche.asu.edu (англ.)
Медиафайлы на Викискладе

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 Janus для исследования двойных астероидов (предварительно определены две потенциальные цели: 1991 VH и 1996 FG3), но в 2022 году из-за переноса даты пуска от этих планов отказались. Рассматривались и другие возможности, например «Афина»^[англ.] для пролёта мимо астероида (2) Паллада^[4].

(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

Трёхмерная модель Психеи на основе данных кривой блеска

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^[5]:

• 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

Сегодня 736 день из 2128 дней полёта до выхода на орбиту вокруг астероида. Выход на орбиту Психеи ожидается через 3 года 9 месяцев 23 дня. Из всего пути: 34,6 % завершено

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^[6].

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^[7].

В октябре 2022 года NASA сообщило, что планирует запустить станцию 10 октября 2023 года с прибытием к цели в 2029 году^[2] . В июле 2023 года дата запуска уточнена — 5 октября 2023 года^[8]. В сентябре 2023 года дата запуска перенесена на 12 октября 2023 года в 14:16 UTC^[9].

13 октября 2023 года аппарат был успешно запущен^[1].

4 декабря Psyche произвела проверку камер, сделав фотографию, включающую звезды из созвездия рыб. Это стало первым светом камер аппарата^[10].

1 апреля давление в системе подачи топлива упало примерно на 0.6 атм, в связи с чем двигатель был выключен^[11]

Траектория полёта

Траектория полёта миссии Psyche

Относительно Солнца

Около астероида Психея

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^[10]:

• 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	≈ 922 кг ксенона[12]

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^[10].

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.