К астероиду Психея была запущена автоматическая межпланетная станция Psyche. Этот астероид в СМИ и научно-популярной литературе иногда называют «драгоценным» из-за огромного содержания в нём различных металлов, особенно железа и никеля. Однако по-настоящему он драгоценен для науки, ведь это один из самых странных астероидов из известных!

Как прошёл запуск, каковы особенности зонда Psyche, сколько он будет лететь к Психее и как изучать?

Содержание:

Запуск
Цена ошибки
Полёт к цели
Цель — Психея
Космический аппарат Psyche

Psyche в космосе, иллюстрация. Credit: NASA.

Миссия Psyche осуществляется Национальным управлением США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) совместно с Университетом штата Аризона (ASU).

Первоисточник статьи

Author: Колпаксиди Александр Павлович.

Запуск

Запуск РН Falcon Heavy с Psyche, отрывок с трансляции. Credit: NASA/SpaceX/VideoFromSpace.

Запуск миссии Psyche был произведён с помощью ракеты-носителя (РН) Falcon Heavy компании SpaceX, директором которой является небезызвестный миллиардер Илон Маск, 13 октября 2023 года в 17:19 по московскому времени со стартовой площадки LC-39A Космического центра Кеннеди (космодрома на мысе Канаверал). Это был уже 8 пуск РН Falcon Heavy за всю историю её эксплуатации, 4 в текущем году и 1 по заказу NASA. Для компании SpaceX это был уже 82 пуск в 2023 году. Боковые ускорители, которые использовались повторно уже в 4 раз (это заметно на снимках РН перед запуском), отделились через несколько минут и совершили мягкую посадку на наземные площадки, первую ступень центрального блока (новая) возвращать не планировалось.

Отделение Psyche от второй ступени РН произошло примерно через час после пуска. После аппарат раскрыл солнечные батареи и начал передавать первую телеметрию.

РН Falcon Heavy с Psyche перед запуском. Credit: NASA/SpaceX.

Головной обтекатель РН Falcon Heavy с Psyche во время сборки. Credit: NASA/SpaceX.

Цена ошибки

Планировалось, что миссия Psyche будет запущена в августе 2022 года, тогда долететь до Психеи она смогла бы в 2026 году. Для испытания аппарата был построен специальный стенд, в программном обеспечении которого была выявлена ошибка. На её устранение и проведение новых испытаний ушло слишком много времени. Из-за этого старт перенесли, а Psyche достигнет астероида только в 2029 году. Однако эта задержка фактически уничтожила другой проект.

Вместе с Psyche должна была быть запущена миссия Janus с двумя небольшими исследовательскими зондами-«близнецами» Serenity и Mayhem к двойным астероидам 1996 FG3 и 1991 VH. Но перенос запуска Psyche сделал невозможным их достижение, поэтому NASA пыталось найти новые подходящие астероиды, но агентству это так и не удалось. Также специалисты попытались найти новые РН для запуска Janus, но подходящих пусков, в рамках которых можно было бы отправить аппараты на нужную орбиту, не было. На запуск их на отдельной ракете не хватает финансирования (суммарный бюджет миссии — 50 млн долларов США). Инженеры также рассмотрели вариант полёта зондов вместе с Psyche в Главный пояс астероидов. Он оказался неосуществим по энергетическим соображениям: солнечные батареи зондов Janus не смогли бы вырабатывать достаточное количество энергии на таком расстоянии от Солнца.

Возможно, в будущем будет выделено дополнительное финансирование, и аппараты всё-таки будут запущены, в истории такие прецеденты были. Сейчас они на долгосрочном хранении у производителя — на заводе компании Lockheed Martin в американском штате Колорадо.

Зонды Janus в космосе, иллюстрация. Credit: NASA.

Полёт к цели

После старта Psyche выведен на гелиоцентрическую орбиту (т. е. на орбиту вокруг Солнца). В 2026 году аппарат совершит гравитационный манёвр у Марса и перейдёт на орбиту, которая позволит сблизиться с астероидом в августе 2029 года. Почему использована такая долгая и сложная траектория? Долететь напрямую действительно можно намного быстрее, но для этого потребуется очень много ксенона (рабочего тела (топлива) плазменных двигателей), который понадобится Psyche для ряда манёвров у астероида.

Созданная энтузиастами анимация траектории полёта Psyche к Психее. Жёлтым отмечено Солнце, синим — орбита Земли, бирюзовым — Марса, зелёным — Психеи, розовым — Psyche. Credit: HORIZONS System, Phoenix7777/JPL/NASA.

Psyche первоначально выйдет на орбиту астероида высотой 700 км, после чего начнёт её постепенно снижать вплоть до высоты примерно 75 км. Это позволит лучше исследовать гипотетическое магнитное поле Психеи, которое, пусть и очень слабое, но может присутствовать у небесного тела с большим содержанием металлов.

Цель — Психея

Чем же исследователей так привлекает астероид Психея (если в более правильной, но менее удобной записи — (16) Психея)? Это астероид главного пояса, его орбита расположена между орбитами Марса и Юпитера. Размеры Психеи больше размеров большинства других известных астероидов: 240 × 185 × 145 км. Также Психея, как и планета Уран, вращается «лёжа на боку» — наклон оси вращения астероида составляет примерно 95°.

Это один из первых астероидов, известных человечеству: его открыл 17 марта 1852 года итальянский астрономом Аннибале де Гаспарис в обсерватории Каподимонте в Неаполе. Назван в честь Психеи — олицетворения души в древнегреческой мифологии. Астероид является первым получившим порядковый номер (16), а не специальный символ, как у планет: к моменту открытия Психеи стало очевидно, что астероиды намного меньше планет и их очень много. Впрочем, и специальный символ у него тоже есть.

Форма Психеи и некоторые детали рельефа, которые удалось разглядеть с помощью наземных обсерваторий. Credit: M. K. Shepard et al.

Психея относится к спектральному классу М — к астероидам, богатым металлами. Однако небесное тело сильно отличается от большинства «собратьев» по классу: астероид содержит очень мало воды и водосодержащих минералов. Предполагается, что Психея представляет собой металлическое ядро более крупного тела, например, разрушенной из-за столкновения протопланеты. Вот только других фрагментов гипотетического родительского тела обнаружено не было.

Из-за высокой плотности, вызванной большим содержанием металлов, преимущественно железа и никеля, а также больших размеров, на Психею приходится почти 1 % массы всех тел пояса астероидов.

Все эти факторы мешают отнесению Психеи к какому-либо семейству астероидов и объясняют повышенный интерес исследователей к этому небесному телу. Интерес общественности вызван гипотетической стоимостью железа и никеля в его составе — 10 квинтиллионов долларов США. Естественно, речи о добыче полезных ископаемых на Психее в обозримом будущем не идёт.

Цель Psyche — узнать как можно больше об этом необычном астероиде.

Космический аппарат Psyche

Так что из себя представляет Psyche?

Этот космический аппарат разработан NASA и ASU, построен компанией Maxar Technologies. Конструкция базируется на спутниковой платформе Space Systems Loral 1300.

Размер аппарата составляет 3,1 м в длину и 2,4 м в ширину, но с развёрнутыми солнечными батареями он будет больше теннисного корта. Стартовая масса Psyche — 2747 кг, из которых 922 кг приходится на ксенон — рабочее тело плазменного двигателя аппарата.

Credit: NASA/Maxar Technologies.

Psyche обладает, как уже сказано выше, огромными по площади двухсторонними солнечными батареями крестообразной формы. Их суммарная площадь составляет 75 квадратных метров — это крупнейшие солнечные батареи, когда-либо построенные Лабораторией реактивного движения NASA. Они такие большие не только из-за того, что аппарат будет работать за орбитой Марса (у Земли они будут выдавать почти 20 кВт мощности, у Психеи — около 2,3 кВт), но и потому что для работы его плазменного двигателя требуется больше энергии.

Сборка одной из солнечных панелей Psyche. Credit: NASA/Maxar Technologies.

Кстати об этих двигателях. На Psyche установлено 4 электрических ракетных двигателя на эффекте Холла (или плазменные двигатели) SPT-140 (Stationary Plasma Thruster, русс. «Стационарный плазменный двигатель 140»). При максимальной мощности в 4,5 кВт каждый из них может выдать тягу в 280 мН. Это мало, но низкая тяга компенсируется возможностью непрерывно работать на протяжении долгого времени. Рабочее тело (аналог топлива для таких двигателей) — ксенон. Для небольших или срочных коррекций имеются двигатели на холодном газе.

Испытание одного из двигателей SPT-140, который был установлен на Psyche. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Связь с Землёй будет осуществляться в X-диапазоне (7 — 11 ГГц) с помощью Сети дальней космической связи NASA. Также будет проведён эксперимент Deep Space Optical Communications (DSOC, русс. «Оптическая связь в дальнем космосе»), предполагающий использование лазеров и специальных приёмников для передачи информации. Первые попытки связи должны будут пройти уже в конце этого года. Несмотря на сложность подобного подхода, с помощью таких систем можно передавать информацию с намного большей скоростью. Для приёма и передачи оптических сигналов будут использоваться специальные обсерватории в Калифорнии. Это первый для NASA эксперимент по оптической связи, когда космический аппарат будет находиться дальше Луны.

Внешне аппарат Psyche покрыт экранно-вакуумной теплоизоляцией, которой покрываются почти все современные космические аппараты и которая необходима для регуляции их температуры. Это многослойная оболочка из тонкой плёнки с металлическим напылением.

Psyche во время сборки без солнечных батарей. Credit: NASA/Maxar Technologies.

Psyche на адаптере полезной нагрузки РН Falcon Heavy. Credit: NASA/SpaceX.

Какие же научные приборы установлены на Psyche?

Мультиспектральные камеры. Пара идентичных камер, предназначенных для сбора геологических, композиционных и топографических данных.
Гамма- и нейтронный спектрометр. Предназначен для идентификации различных элементов. Прибор установлен на стреле длиной 2 метра, чтобы дистанцировать датчики от фонового излучения, создаваемого энергичными частицами, взаимодействующими с космическим аппаратом, а также с целью обеспечения большего поля зрения.
Магнитометр будет изучать возможное магнитное поле Психеи. Представлен идентичными высокочувствительными датчиками магнитного поля, расположенными в середине и на внешнем конце 2-метровой стрелы, что необходимо для уменьшения помех от электроники космического аппарата

Интересно отметить, что система связи может использоваться не только по прямому назначению, но и для исследования Психеи в радиодиапазоне.