פסיכה (גשושית)

שם הגשושית

השם לגשושית ניתן על שם האסטרואיד 16 פסיכה. שמו של זה ניתן לו על שם פסיכה דמות של נערה יפה ובת אנוש מהמיתולוגיה הרומית. הסיפור מתואר באפוס חמור הזהב, המטמורפוזות ( Metamorphoses ) ( לטינית: Asinu aureus ) מאת לוקיוס אפוליוס בסביבות אמצע המאה השנייה לספירה. המספר 16 בשם האסטרואיד ניתן לפי טבלת סדר הגילוי של גרמי שמייים ננסיים.

רקע היסטורי ופיתוח המשימה

משימת פסיכה הוצעה עבור תוכנית דיסקברי יחד עם 27 הצעות נוספות לתחרות למשימות ה -13 וה-14 של נאס"א, שנפתחה בפברואר 2014. ב-30 בספטמבר 2015 נאס"א הכריזה על חמש הצעות שתמשכנה לשלב הסופי, ופסיכה ביניהן. ההצעות זכו בתקציב של 3 מיליון דולר כל אחת כדי לפתח תכנון משימה מעמיק ויסודי יותר. ב 4 בינואר 2017 נבחרו לוסי ( גשושית ) ופסיכה ( גשושית ), כמשימות מספר 13 ומספר 14 בהתאמה, כחלק מתוכנית דיסקברי. המשימות מתוכננות לשיגור באוקטובר 2021 ובאוגוסט 2022, בהתאמה.
. תוכנית דיסקברי ( Discovery Program ) מהווה אחת משלושת התוכניות המנוהלות במשרד לתוכנית משימות פלנטריות ( Planetary Missions Program Office ), הממוקם במרכז טיסות החלל מרשל, רדסטון ארסנל, מחוז מדיסון, אלבמה ובאחריות מנהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי - נאס"א. שתי התוכניות האחרות שמנוהלות במשרד התוכנית למשימות פלנטריות הן תוכנית הגבולות החדשים ( New Frontiers Program ) ותוכנית משימות חקר מערכת השמש ( Solar System Exploration Program ).
הצעות המשימה הזוכות קיבלו מימון של 450 מיליון דולר לפיתוח ובנייה של המשימה, יחד עם מימון בונוס, אם המשימות יצליחו לשלב טכנולוגיות מסוימות. משימת פסיכה מהווה חלק מתוכנית דיסקברי שכוללת משימות בעלות בינונית יחסית. עלות המשימה מוערכת בכ - 760 מיליון דולר הכולל פיתוח המשימה, תפעול והמחקר המדעי לאורך המשימה. המחיר אינו כולל את עלות השיגור ועלות המיכשור החדשני והניסיוני של התקשורת האופטית ( חומרה ותפעול ).העלות הכוללת המשוערת של משימת פסיכה עד לסופה, היא כ - 850 מיליון דולר, נכון לשנת 2019.
תוכנית הגשושית פסיכה הוצעה על ידי קבוצת חוקרים במדעים פלנטריים בהובלת החוקרת הראשית ד"ר לינדה אלקינס-טלטון, מנהלת בית הספר לחקר כדור הארץ והחלל, הקוֹלֶג' לאמנויות ומדעים ליברלים, באוניברסיטת המדינה של אריזונה, פיניקס, אריזונה. לינדה אלקינס אחראית להצלחת המשימה הכוללת של הגשושית פסיכה. המעבדה להנעה סילונית בפסדינה, קליפורניה, אחראית לניהול, תפעול, ניווט ובנית הגשושית יחד עם שותף מהתעשייה בשם לוראל מערכות חלל (Space Systems Loral (SSL)), מפאלו אלטו, קליפורניה, שהיא חברת בת של חברת מקסאר טכנולוגיות ( Maxar Technologies ) מסטמינסטר, קולורדו.
צוות המשימה כולל חוקרים ומנהלים מארבע עשרה מוסדות אקדמיים, מכוני מחקר וחברות מתעשיית החלל בארצות הברית, צרפת וגרמניה. הארגונים השותפים בפיתוח המשימה הם : אוניברסיטת אריזונה (UA), אוניברסיטת המדינה של אריזונה (ASU), אוניברסיטת ייל, אוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס (UCLA), המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), המעבדה להנעה סילונית (JPL), מכון המחקר הדרום-מערבי (SwRI), המכון למדע פלנטרי (PSI), המעבדה לפיזיקה יישומית (APL) באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, מאלין מערכות מדעי החלל (MSSS), מכון סמית'סוניאן, מקסאר טכנולוגיות ( Maxar Technologies (SSL) ), המצפה ( Côte d’Azur ) בצרפת (OCA) והמרכז הגרמני לחקר החלל (DLR).
למשימת הגשושית פסיכה יש שישה שלבים ( A-F ) שנמשכים בטווח השנים 2015–2027, ונכון לאמצע 2019 המשימה בשלב C, שימשך עד ינואר 2021. שלב זה מתמקד בתכנון סופי, ייצור, הרכבה ובדיקה של תת-מערכות הגשושית.

מכשור מדעי

למשימת הגשושית פסיכה, מתוכננים ארבעה מסלולי הקפה עיקריים סביב האסטרואיד 16 פסיכה : מסלול הקפה ראשון - 41 הקפות לאפיון האסטרואיד במשך 56 ימים ובגובה 700 ק"מ מפני השטח בזמן 32 שעות, מסלול הקפה שני - 162 הקפות למיפוי טופוגרפי במשך 76 ימים ובגובה 280 ק"מ בזמן 11.25 שעות, מסלול הקפה שלישי - 369 הקפות למחקר כבידתי במשך 369 ימים ובגובה כ -170 ק"מ בזמן 6.5 שעות ומסלול הקפה רביעי - 585 הקפות למיפוי יסודי במשך 100 ימים ובגובה 75 ק"מ בזמן 4.1 שעות. סיום המשימה מתוכנן לאוקטובר 2027. בכדי להשיג יעדים אלה, הגשושית תישא מטען של 30 ק"ג מיכשור מדעי, הכולל ארבעה מכשירים מדעיים לחישה מרחוק.
•Multispectral image - תמונה רב-ספקטרלית לצילום תמונות ברזולוציה גבוהה באמצעות מסננים שיוכלו להבחין בין חומרים מתכתיים לחומרים סיליקטיים. המכשיר מורכב מזוג מצלמות זהות המיועדות לקבלת נתונים גאולוגיים, הרכבים מינרליים וטופוגרפיים. מטרת המצלמה השנייה היא לספק ניווט אופטי קריטי למשימה. המכשיר מפותח על ידי צוות מאוניברסיטת המדינה של אריזונה.
•Gamma-ray and Neutron Spectrometer - ספקטרומטר קרינת גמא לאיתור ומיפוי היסודות הכימיים וספקטרומטר נייטרוני לאיתור ומיפוי מים וקרח בפני השטח. המכשיר מותקן על מוט באורך שני מטר בכדי להרחיק את החישנים מקרינת רקע שנוצרת מחלקיקים אנרגטיים המקימים אינטראקציה עם הגשושית ובכדי לספק שדה ראייה ללא הפרעות. המכשיר מפותח במעבדה לפיזיקה יישומית באוניברסיטת ג'ונס הופקינס ובאוניברסיטת המדינה של אריזונה.
•Magnetometer - מגנטומטר למדידת ומיפוי השדה מגנטי של האסטרואיד, הבנוי משני חיישני שדה מגנטי זהים, בעלי רגישות גבוהה הממוקמים בקצה החיצוני והאנצעי של מוט באורך שני מטר. המכשיר מפותח על ידי צוות מהבמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ומאוניברסיטת לוס אנג'לס בקליפורניה.
•X-band Gravity Science - מיכשור מדעי לחקירת כוח שדה הכבידה בדיוק רב בעזרת גלי מיקרו איקס והשילוב עם טופוגרפיה מתמונות, יספק מידע על המבנה הפנימי של האסטרואיד. פיתוח המכשיר מבוצע על ידי צוות מהמכון הטכולוגי של מסצ'וסטס ומהמעבדה להנעה סילונית.

שלדת המבנה

גודל הגשושית בפריסה מלאה הכולל את הגוף המרכזי המכיל את המכשירים המדעיים, אמצעי התקשורת, מערכת ההנעה ושני מערכי הפאנלים הסולאריים, הוא באורך של מגרש טניס. אורך הגשושית הוא 24.76 מטר וברוחב 7.34 מטר. גודל הגוף המרכזי הוא באורך 2.4 מטר, רוחב 2.1 מטר ובגובה 1.1 מטר. הגוף המרכזי מבוסס על שלדת לווין מדגם (SSL - 1300). המשקל היבש של המרכב הוא 1400 ק"ג. בליבת המרכב מתוכנן גליל העשוי מחומר מרוכב גרפיט והוא האלמנט המרכזי בשילדת המבנה. הגליל מכיל שבעה מיכלים מבודדים ביריעות תרמיות, של 82 ליטר כל אחד, המכילים סה"כ 1064 ק"ג של קסנון לדחף הגשושית.

תקשורת

מבנה הגשושית תכלול בנוסף מכשיר נסיוני הנקרא תקשורת אופטית בחלל העמוק ( ( DSOC ) Deep Space Optical Communications ) מבוססת טכנולוגית לייזר. השימוש בקרן ליזר צפוי לשפר את יעילות תקשורת הגשושית, פי עשרה עד פי מאה לעומת טכנולוגיה נוכחית המבוססת על גלי רדיו (Radio frequency (RF וללא צורך בהגדלת משקל מטען הגשושית. פרויקט זה מנוהל על ידי המעבדה להנעה סילונית בפסדינה, קליפורניה. האנטנה המרכזית של הגשושית היא אנטנה פרבולית בקוטר 2 מטר המותקנת על חלקו העליון של המרכב האמצעי, והיא מיועדת לתקשורת בתדר גבוה. בנוסף לכך, מותקנים שלוש אנטנות לתדרים נמוכים. התקשורת תעשה בעזרת מגבר של 100 וולט, המאפשר שידור של עד 180 קילובייט לשנייה (TWTA).

מערכת הנעה

מערכת ההנעה של הגשושית מורכבת ממנוע יונים והנעה חשמלית סולארית. החשמל שנוצר בתאים הסולאריים מועבר למנוע חשמלי רקטי. הדחף יספק 4.5 קילו וואט ויוכל לספק פרקי זמן ארוכים יותר בדחף של 900 וואט. השימוש בתצורה זו של המנוע, יאפשר לגשושית להגיע מהר יותר וביעילות רבה יותר ליעדה לעומת השימוש במנוע הנעה כימי שגרתי. בשילדת מבנה הגשושית יותקן מיכל עם 425 ק"ג של גז קסנון לדחף הגשושית המספק מסת דחף של 8,5 ק"ג. ההנעה הסולארית-חשמלית של הגשושית ניבנת על ידי חברת הבת SLL מתאגיד Maxar, בארצות הברית. לשילדת הגשושית מחוברים ארבעה מדחפי פלזה מקובעים מדגם (SPT-140), משמשים להנעת הגשושית. בקרת השיוט וייצוב 3 צירי הגשושית, מושגת באמצעות ארבעה גירוסקופים למדידת התאוצה הזוויתית של הגשושית לצורך ניווט והנחיה, והמידע לכך מסופק על ידי עוקב כוכבים וחיישן שמש.

פאנלים סולאריים

המערכת הסולארית בנויה משני מערכי פאנלים סולאריים שכל אחד מורכב מחמישה פאנלים מודולריים זהים בגודלם ובתפוקתם בתצורת צלב יווני בפריסה מלאה. הצעה קודמת למערכת הסולארית, הייתה בתצורה של ארבעה פנלים סולאריים זהים מכל צד. התאים הפוטו־וולטאיים של המערכת הסולרית תיצר ותספק את החשמל הנידרש לכל המכשירים המדעיים בנוסף להנעה החשמלית הסולארית. שני המערכים הסולאריים מחוברים למרכב המרכזי בעזרת שני מוטות מתקפלים. כל אחד משני המערכים, המורכב מחמישה מקטעים נפרדים, יהיו מקופלים במהלך השיגור ויפרסו בחלל.

מהלך המשימה לחלל

2022 – שיגור הגשושית פסיכה ממרכז החלל קנדי, פלורידה.
2023 – הגעה לכוכב הלכת מאדים לצורך תימרון בשיטת המקלעת כבידתית.
2026 – הגשושית פסיכה מגיעה לאסטרואיד 16 פסיכה.
2026 -2027 – כניסה למסלול היקפי סביב האסטרואיד 16 פסיכה.