Psyché (kosmická loď) - Psyche (spacecraft)

Psychika
Model psychické kosmické lodi.png
Umělecké ztvárnění Psychika kosmická loď.
Typ miseAsteroid orbiter
OperátorNASA  · ASU
webová stránkaNASA: https://www.nasa.gov/psyche
ASU: https://psyche.asu.edu
Trvání misePlavba: 3,5 roku (plánováno)
Věda: 21 měsíců na oběžné dráze (2026-2027)
Vlastnosti kosmické lodi
VýrobceMaxar Technologies[1]
Odpalovací mše2608 kg[2]
Napájení4,5 kW
Začátek mise
Datum spuštěníSrpna 2022
RaketaFalcon Heavy[3]
Spusťte webKennedyho vesmírné středisko, LC-39A
DodavatelSpaceX
Průlet kolem Mars
Nejbližší přístup23. května 2023
Vzdálenost500 kilometrů (310 mi)
16 Psyché orbiter
Orbitální vložení31. ledna 2026
Psyche insignia.png
Insignie mise psychiky
← Lucie
 

Psychika je plánovaná mise na oběžné dráze, která prozkoumá původ Země planetární jádra studiem kovového asteroidu 16 Psyché.[4] Lindy Elkins-Tanton z Arizonská státní univerzita je vrchní vyšetřovatel kdo navrhl tuto misi pro NASA Discovery Program. NASA Laboratoř tryskového pohonu (JPL) bude projekt řídit.

16 Psychika je nejtěžší známá Asteroid typu M., a je považován za exponovaného železné jádro a protoplaneta,[5] pozůstatek prudké srážky s jiným předmětem, který se svlékl z vnějšku kůra. Radarová pozorování asteroidu ze Země naznačují složení železo-nikl.[6] Dne 4. Ledna 2017 Psychika mise byla vybrána pro misi NASA Discovery # 14.[7]

Dějiny

Hlavní článek: Výběr Discovery Mission 13 a 14

Psyché byla předložena jako součást výzvy k předkládání návrhů pro NASA Discovery Program který byl uzavřen v únoru 2015. Do užšího výběru postoupil 30. září 2015 jako jeden z pěti finalistů a získal 3 miliony USD na další vývoj konceptu.[4][8] Jedním z aspektů výběru bylo vydržet „návštěvu místa“, během níž přijde asi 30 zaměstnanců NASA a provede pohovor, inspekci a výslech navrhovatelů a jejich plánu.[9]

Dne 4. ledna 2017 Lucie a Psyche byly vybrány pro 13. a 14. misi Discovery se startem pro Psychika stanoveno na rok 2023.[10] V květnu 2017 bylo datum startu posunuto nahoru, aby bylo možné zaměřit se na efektivnější trajektorii, startující v červenci 2022 na palubě a SpaceX Falcon Heavy nosná raketa a přiletí 31. ledna 2026 s Marsem gravitační asistence dne 23. května 2023.[11]

Přehled mise

Kosmická loď Psyche bude používat solární elektrický pohon,[12][13] a vědecké užitečné zatížení bude multispektrální zobrazovač, a magnetometr a gama spektrometr.[13][14]

Data ukazují, že asteroid 16 Psyche má průměr 222 kilometrů (138 mi).[15] Vědci si myslí, že by mohlo být vystaveno 16 psyché jádro rané planety, která mohla být stejně velká jako Mars a ztratil povrch v sérii prudkých srážek.[10]Jeho složení a hustota se shodují mezosiderit meteority a je pravděpodobné, že jejich mateřské tělo.

Mise bude zahájena v srpnu 2022[3] a dorazit za čtyři roky, abychom provedli 21 měsíců vědy. Kosmickou loď postaví NASA JPL ve spolupráci s SSL (dříve Space Systems / Loral) a Arizonská státní univerzita.[16]

Bylo navrženo, aby raketový start mohl být sdílena se samostatnou misí pojmenovaný Athéna, který by provedl jediný průlet asteroidů 2 Pallas, třetí největší asteroid ve sluneční soustavě.[17] V květnu 2020 bylo oznámeno, že Falcon Heavy nošení Psyché by zahrnovalo dva malý sat sekundární užitečné zatížení ke studiu marťanské atmosféry a binárních asteroidů Husarský kousek (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) a Janus respektive[11] ale v září 2020 Husarský kousek Sonda atmosféry Marsu byla z plánu odstraněna.[18]

Vědecké cíle a cíle

The Bondocský meteorit, kamenné železo mezosiderit.
3D model 16 Psyché na základě údajů o světelné křivce.

Diferenciace byl základním procesem při formování mnoha asteroidy a všechno pozemské planety a přímý průzkum a jádro by mohlo výrazně zlepšit porozumění tomuto procesu. Mise Psyche bude charakterizovat 16 Psyché geologie, tvar, elementární složení, magnetické pole, a distribuce hmoty. Očekává se, že tato mise zvýší pochopení planetární formace a interiéry.

Vědecké cíle mise jsou konkrétně:

  • Pochopte dříve neprozkoumaný stavební kámen formování planety: železná jádra.
  • Podívejte se dovnitř pozemských planet, včetně Země, přímým prozkoumáním vnitřku diferencovaného těla, které by jinak nebylo možné vidět.
  • Prozkoumejte nový typ světa, vyrobený z kovu.

Cíle vědy jsou:

  • Určete, zda 16 Psyche je jádro, nebo jestli se jedná o neroztavený materiál.
  • Určete relativní věk oblastí 16 povrchů Psyché.
  • Určete, zda malá kovová tělesa obsahují stejné světelné prvky, jaké se očekávají ve vysokotlakém jádru Země.
  • Zjistěte, zda se 16 Psyché formovalo za podmínek více oxidující nebo více snižování než jádro Země.
  • Charakterizujte 16 psyché topografie.

Vědecké otázky, kterým se tato mise bude věnovat, jsou:[5]

  • Je 16 Psyché svlékl jádro diferencovaného planetesimální, nebo byl vytvořen jako tělo bohaté na železo? Jaké byly stavební kameny planet? Měly planetesimály, které se vytvořily blízko Slunce, velmi odlišné hromadné složení?
  • Pokud by 16 Psyché bylo zbaveno plášť, kdy a jak k tomu došlo?
  • Pokud bylo jednou roztaveno 16 Psyché, ztuhlo to zevnitř ven nebo zvenčí dovnitř?
  • Vyrobilo 16 Psyche a magnetické dynamo jak se ochladilo?
  • Jaké jsou hlavní slitina prvky, které koexistují v železném kovu jádra?
  • Jaké jsou klíčové vlastnosti geologického povrchu a globální topografie? Vypadá 16 Psyche radikálně odlišně od známých kamenných a ledových těl?
  • Jak se krátery na kovovém těle liší od kráterů ve skále nebo ledu?

Věda užitečné zatížení

Psychika poletí užitečné zatížení 30 kilogramů (66 lb),[2] skládající se ze čtyř vědeckých nástrojů:[9]

Kosmická loď také otestuje experiment laserová komunikace volala technologie Deep Space Optical Communications.[19] Předpokládá se, že zařízení bude schopno zvýšit výkon a účinnost komunikace kosmických lodí 10 až 100krát oproti konvenčním prostředkům.[19][20] Laserové paprsky z kosmické lodi budou přijímány pozemním dalekohledem v Observatoř Palomar v Kalifornii.[21]

Pohon

Elektrický pohonný systém Psyche využívá trysky SPT-140 s Hallovým efektem poháněné solárními panely.[12] Vpravo nahoře na tomto obrázku je raná tryska SPT-140 s Hallovým efektem používaná pro pozemní testování.
SPT-140Parametr / jednotky[22][23]
TypHallův efekt
Napájení[24]Max: 4,5 kW
Min: 900 wattů

Výkon solárního pole:

Na Zemi: 20 kW
Na 16 Psyché: 2,3 kW

Specifický impuls (Jásp)1800 sekund
Celkový impuls8,2 MN · s
Tah280 mN[23]
Hmotnost trysky8,5 kg
Hmota hnacího plynu≈ 425 kg xenon[23]

V této misi bude použit model SPT-140, a Hallův efekt s využitím solární elektrický pohon, kde se elektřina vyrobená ze solárních panelů přenáší na elektrický, nikoli chemicky poháněný, raketový motor.[12][25][26] Tryska je nominálně dimenzována na provozní výkon 4,5 kW,[27] ale bude také fungovat po dlouhou dobu asi 900 wattů.[25] Psyché budou první misí využívající trysky s Hallovým efektem za oběžnou dráhu měsíce.[28]

SPT-140 (SPT znamená Stacionární plazmový propeler) je komerční pohonný systém výrobní linky[2] který v Rusku vynalezl OKB Fakel a vyvinutý NASA Glenn Research Center, Vesmírné systémy Loral, a Pratt & Whitney od konce 80. let.[29][30] Tryska SPT-140 byla poprvé testována v USA jako jednotka o výkonu 3,5 kW v roce 2002 v rámci programu Air Force Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology.[27][2] Použití solárních elektrických trysek umožní kosmické lodi dorazit na 16 Psyche (na 3.3 astronomické jednotky ) mnohem rychleji a přitom spotřebovávat pouze 10% pohonné látky, kterou by potřebovala při použití konvenčního chemického pohonu.

Elektřina bude vyráběna dvoustranně solární panely v konfiguraci ve tvaru X s pěti panely na každé straně. Předtím, než se mise posunula vpřed s novou trajektorií, měly být panely uspořádány v přímých liniích, přičemž na každé straně kosmické lodi byly pouze čtyři panely.[31]

Operace

Start a trajektorie

Zahájení je plánováno na srpen 2022 Falcon Heavy vozidlo. Cena uvedení na trh, včetně sekundárního užitečného zatížení, je 117 milionů USD.[3] Psychika bude spuštěna na trajektorii, která bude provádět a gravitační asistence manévrovat kolem Marsu 23. května 2023 směrem k pásu asteroidů a zachytit asteroid Psyche.

Oběžné režimy

Psyche narazí na 16 asteroidů Psyche a vstoupí na oběžnou dráhu 31. ledna 2026. Kosmická loď bude obíhat v klesajících nadmořských výškách nebo režimech.[28] Jeho první režim, Orbit A, uvidí kosmickou loď vstoupit na oběžnou dráhu 700 kilometrů pro charakterizaci magnetického pole a předběžné mapování po dobu 56 dnů. Poté sestoupí do Dráha B, nastaveno na 290 kilometrů nadmořskou výšku po dobu 76 dní, pro topografii a charakterizaci magnetického pole. Poté sestoupí do Oběžná dráha C., ve výšce 170 kilometrů po dobu 100 dní, aby provedli gravitační vyšetření a pokračovali v pozorování magnetického pole. Nakonec vstoupí orbiter Orbit D, stanovený na 85 kilometrů (53 mi) k určení chemického složení povrchu pomocí jeho gama a neutronových spektrometrů. Rovněž získá průběžné zobrazování, gravitaci a mapování magnetického pole. Mise je plánována na oběžnou dráhu kolem asteroidu po dobu nejméně 21 měsíců.[28]

Pozemní stanice pro laserové spojení

Laserové paprsky z kosmické lodi budou přijímány pozemním dalekohledem v Observatoř Palomar v Kalifornii.[21] Laserové paprsky do kosmické lodi budou vysílány z menšího dalekohledu v Zařízení JPL Table Mountain.

Viz také

Reference

  1. ^ A b „Shrnutí žádosti o rozpočet prezidenta za rok 2021“ (PDF). NASA. 10. února 2020. str. 437–439. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  2. ^ A b C d Lord, Peter W .; van Ommering, Gerrit (2015). Vyvinutý komerční solární elektrický pohon: základ velkých misí pro průzkum vesmíru (PDF). 31. vesmírné sympozium, technická stopa. 13. – 14. Dubna 2015. Colorado Springs, Colorado.
  3. ^ A b C Foust, Jeff (28. února 2020). „Falcon Heavy zahájí misi asteroidů NASA Psyche“. SpaceNews.
  4. ^ A b Chang, Kenneth (6. ledna 2017). „Kovová koule o velikosti Massachusetts, kterou chce NASA prozkoumat“. The New York Times.
  5. ^ A b Elkins-Tanton, L. T .; et al. (2014). Journey to a Metal World: Concept for a Discovery Mission to Psyche (PDF). 45. konference o lunární a planetární vědě. 17. – 21. Března 2014. The Woodlands, Texas. 1253. Bibcode:2014LPI ... 45.1253E. Příspěvek LPI č. 1777.
  6. ^ Shepard, Michael K .; et al. (Leden 2017). "Radarová pozorování a tvarový model asteroidu 16 Psyche". Icarus. 281: 388–403. Bibcode:2017Icar..281..388S. doi:10.1016 / j.icarus.2016.08.011.
  7. ^ Grush, Loren (4. ledna 2017). „V roce 2020 NASA vypustí kosmickou loď ke studiu asteroidů Jupitera a další z kovu“. The Verge.
  8. ^ Brown, Dwayne C .; Cantillo, Laurie (30. září 2015). „NASA vybírá vyšetřování pro budoucí klíčovou planetární misi“. NASA. Citováno 1. října 2015. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  9. ^ A b Valentine, Karin (20. prosince 2016). „Journey to a metal world“. ASU teď. Arizonská státní univerzita.
  10. ^ A b Brown, Dwayne C .; Cantillo, Laurie (4. ledna 2017). „NASA vybrala dvě mise k prozkoumání rané sluneční soustavy“. NASA. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  11. ^ A b Mathewson, Samantha (2. března 2020). „NASA vybrala SpaceX Falcon Heavy k zahájení mise Psyche na kovový asteroid v roce 2022“. ProfoundSpace.org. Citováno 22. května 2020.
  12. ^ A b C Agle, D. C .; Russell, Jimi; Cantillo, Laurie; Brown, Dwayne (28. září 2017). „NASA Glenn testuje propouštěcí zařízení směřující do světa kovů“. NASA. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  13. ^ A b Kane, Van (19. února 2014). „Mission to a Metal World: A Discovery Proposal to Fly to a Asteroid Psyche“. Planetární společnost.
  14. ^ Wampler, Stephen (4. listopadu 2015). „Tým Lab-Johns Hopkins se pokusil pracovat na možné snaze NASA prozkoumat asteroid“. Lawrence Livermore National Laboratory. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  15. ^ Ferrais a kol. (2020) „Asteroid (16) Prvotní tvar psychiky: Možný Jacobiho elipsoid ?, Astronomie a astrofyzika 638, L15. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038100
  16. ^ Lewis, Wendy (26. října 2015). „SSL je průmyslovým partnerem JPL pro příležitost k misi na průzkum asteroidů NASA“. SSL.
  17. ^ Dorminey, Bruce (10. března 2019). „Navrhovaná mise NASA SmallSat by mohla být první, kdo by navštívil Pallas, náš třetí největší asteroid“. Forbes.
  18. ^ Mise EscaPADE smallsat ke studiu marťanské atmosféry prošla PDR, ale nespustí se s Psyché, jak bylo původně plánováno; bude znovu vydán při příštím letu. Jeff Foust, SpaceNews vedoucí redaktor. 14. září 2020.
  19. ^ A b David, Leonard (18. října 2017). „Deep Space Communications via Faraway Photons“. Laboratoř NASA / Jet Propulsion Laboratory. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  20. ^ Greicius, Tony (14. září 2017). "Psyche Overview". NASA. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  21. ^ A b Hall, Loura, ed. (18. října 2017). ""Lighten Up "- Deep Space Communications přes Faraway Photons". NASA. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  22. ^ Myers, Rogere. „Solární elektrický pohon: úvod, aplikace a stav“ (PDF). Aerojet Rocketdyne.
  23. ^ A b C Johnson, Ian K .; Kay, Ewan; Lee, Ty; Bae, Ryan; Feher, Negar (2017). Nové možnosti výzkumu a vývoje elektrických propulzních trysek na SSL (PDF). 35. mezinárodní konference o elektrickém pohonu. 8. – 12. Října 2017. Atlanta, Georgia. IEPC-2017-400. Archivovány od originál (PDF) dne 7. ledna 2018. Citováno 6. ledna 2018.
  24. ^ „Vývoj mise Psyche pro objevovací program NASA“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 24. června 2018.
  25. ^ A b Cole, Michael (9. října 2017). „NASA Glenn testuje solární elektrický pohon na cestě do světa kovů“. Spaceflight Insider.
  26. ^ DeFelice, David (18. srpna 2015). „NASA - iontový pohon“. NASA. Citováno 20. ledna 2018. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.
  27. ^ A b "T-140". Laboratoř plazmadynamiky a elektrického pohonu University of Michigan. Citováno 6. ledna 2018.
  28. ^ A b C Ach, David Y .; Collins, Steve; Goebel, Dan; Hart, Bill; Lantoine, Gregory; Snyder, Steve; Whiffen, Greg; Elkins-Tanton, Linda; Pane, Petere; Pirkl, Zack; Rotlisburger, Lee (2017). Vývoj mise Psyche pro Discovery Program NASA (PDF). 35. mezinárodní konference o elektrickém pohonu. 8. – 12. Října 2017. Atlanta, Georgia. IEPC-2017-153. Archivovány od originál (PDF) dne 24. června 2018. Citováno 7. ledna 2018.
  29. ^ „Nativní elektrické pohonné motory dnes“ (v Rusku). Novosti Kosmonavtiki. 1999. Archivovány od originál dne 6. června 2011.
  30. ^ Delgado, Jorge J .; Corey, Ronald L .; Murashko, Vjacheslav M .; Koryakin, Alexander I .; Pridanikov, Sergei Y. (2014). Kvalifikace SPT-140 pro použití na západních kosmických lodích. 50. konference o společném pohonu AIAA / ASME / SAE / ASEE. 28. - 30. července 2014. Cleveland, Ohio. doi:10.2514/6.2014-3606. AIAA 2014–3606.
  31. ^ Agle, D. C .; Valentine, Karin; Cantillo, Laurie; Brown, Dwayne C. (24. května 2017). „NASA zahájila misi Psyche na kovový asteroid“. NASA. Tento článek včlení text z tohoto zdroje, který je v veřejná doména.

externí odkazy