Psyche (sonda)

Psyche je planetárna sonda v rámci programu Discovery, ktorá má skúmať planétku 16 Psyche. Táto planétka sa nachádza v hlavnom pásme planétok medzi obežnými dráhami Marsu a Jupitera a je s priemerom 226 km najväčšou planétkou typu M. V minulosti bola považovaná za možné obnažené jadro protoplanéty, keďže sa predpokladá, že je takmer celá tvorená železom a niklom (rovnaké zloženie má aj zemské jadro), neskoršie štúdie to však vyvrátili. Taktiež by mohla byť zdrojom kovových meteoroidov.
Rozpočet misie sa odhaduje na 960,6 milióna dolárov. Z tejto celkovej sumy bolo 677,1 milióna dolárov určených na vývoj kozmickej sondy, 112,7 milióna dolárov na jej štart a 171 miliónov dolárov na operácie počas jej šesťročnej misie.
Sonda má planétku skúmať zo štyroch obežných dráh v rôznych výškach.
Vedecké ciele.
Sonda má niekoľko cieľov:
Vedecké nástroje.
Kozmická sonda Psyche bude niesť multispektrálny snímač, gama a neutrónový spektrometer, magnetometer a rádiový telekomunikačný systém.
Multispektrálny snímač.
Multispektrálny snímač poskytuje snímky s vysokým rozlíšením pomocou filtrov na rozlíšenie medzi kovovými a silikátovými zložkami planétky. Prístroj pozostáva z dvojice identických kamier navrhnutých na získavanie geologických a topografických údajov. Účelom druhej kamery je poskytnúť kontrolu niektorých informácií alebo meraní, ktoré slúžia na zvýšenie presnosti pre optickú navigáciu.
Gamma lúčový a neutrónový spektrometer.
Gamma lúčový a neutrónový spektrometer budú detegovať, merať a mapovať chemické zloženie planétky Psyche. Prístroj je namontovaný na dvojmetrovom ramene, aby sa snímače vzdialili od žiarenia vytvoreného energetickými časticami interagujúcimi s kozmickou sondou a aby sa zabezpečili presné merania.
Magnetometer.
Magnetometer je určený na detekciu a meranie magnetického poľa planétky. Skladá sa z dvoch identických vysokocitlivých snímačov magnetického poľa.
Rádiový telekomunikačný systém.
Sonda bude využívať rádiový telekomunikačný systém v pásme X na meranie gravitačného poľa planétky s vysokou presnosťou. V kombinácii s topografiou z palubných snímok to poskytne informácie o vnútornej štruktúre planétky.
Optická komunikácia pre hlboký vesmír (DSOC).
Misia Psyche má otestovať novú laserovú komunikačnú technológiu (Deep Space Optical Communications), ktorá kóduje dáta vo fotónoch na vlnových dĺžkach blízkeho infračervenému žiareniu na komunikáciu medzi kozmickou sondou v hlbokom vesmíre a Zemou. Použitie svetla namiesto rádiových vĺn umožňuje kozmickej lodi odosielať a príjmať viac údajov v danom čase.
Budúce ľudské expedície môžu vyžadovať stály prenos snímok a údajov vo vysokom rozlíšení v reálnom čase cez hlboký vesmír, aby sa umožnili včasné aktualizácie počas ciest na dlhé vzdialenosti.
Aj pri maximálnej rýchlosti prenosu dát potrebuje sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) 7,5 hodiny na prenos všetkých svojich palubných záznamov a 1,5 hodiny na odoslanie jedného obrázku z kamery HiRISE, ktorý sa má spracovať na Zemi.
Nové hyperspektrálne zobrazovače s vysokým rozlíšením kladú ďalšie požiadavky na ich komunikačný systém a vyžadujú ešte vyššiu rýchlosť prenosu dát.
Štart.
Pôvodne mala sonda odštartovať 5. októbra, ale štart sa kvôli kontrole dusíkových trysiek, ktoré sú nevyhnutné pre správnu orientáciu sondy vo vesmíre presunul o týždeň na 12. októbra. Druhýkrát bol štart presunutý kvôli nepriaznivému počasiu na piatok 13. októbra. Sonda nakoniec odštartovala z Kennedyho vesmírneho strediska o 14:19 UTC raketou Falcon Heavy. Štart prebehol úspešne a sonda teraz mieri k Marsu, ku ktorému by mala doraziť v máji 2026 pri ktorom vykoná gravitačný manéver aby zrýchlila a smerovala svojmu cieľu.
Časová os.
Po prílete k planétke, ktorý je naplánovaný na august 2029, a po 100-dňovej fáze priblížovania, počas ktorej bude pozorovať jej rotáciu, sonda vstúpi na tzv. orbitu A vo výške 700 km. Na tejto obežnej dráhe bude 55 dní a bude mapovať povrch a magnetické pole planétky. Potom klesne na orbitu B vo výške len 290 km nad povrchom a obežnou periódou ~ 11,5 hodiny, na ktorej bude po dobu 80 dní a na tejto obežnej dráhe bude pokračovať v oboch predchádzajúcich úlohách. O 80 dní neskôr klesne na orbitu C vo výške 170 km a obežnou dobou ~ 6,5 hodiny. Sonda bude mapovať gravitačné pole planétky. O 100 dní neskôr poslednýkrát klesne na orbitu D s výškou 70 km a obežnou periódou 3,5 hodiny. Orbita D je najbližšie k povrchu a preto sonda bude podrobne skúmať celú planétku po dobu 100 dní.
Pohon a energia.
Sonda získava všetku svoju energiu z 10 solárnych panelov s celkovou plochou 75 m² – sú najväčšie, aké boli kedy inštalované na sonde vyvinutej v JPL. Ich výkon je 19,2 kW na úrovni obežnej dráhy Zeme (1 AU) a 2,4 kW pri maximálnej uvažovanej vzdialenosti od Slnka (3,3 AU). Podľa plánu by sa mali otvoriť asi 1 hodinu po štarte, každý panel za menej ako 8 minút. Tieto solárne panely budú vytvárať elektrinu potrebnú pre štyri Hallove motory (typ iónového motoru).
Motory fungujú tak, že vypúšťajú elektricky urýchľované ióny xenónu vysokou rýchlosťou von z motora a tým vytvárajú ťah. Je síce slabý, no po dlhodobom zrýchľovaní dokáže sonda cestovať vesmírom vysokou rýchlosťou. Vďaka svojej nízkej hmotnosti a vysokej účinnosti až 90 % je to preferovaný typ pohonu pre podobné misie.