פסיכה (גשושית)

פסיכה (באנגלית: Psyche) היא גשושית מסוג מקפת אשר שוגרה על ידי נאס"א ב-13 באוקטובר 2023 למשימת מחקר של האסטרואיד 16 פסיכה הנמצא בחגורת האסטרואידים. הגשושית הראשונה שתחקור אסטרואיד המורכב רובו ממתכות ולראשונה יעשה שימוש בטכנולוגית תקשורת מבוססת לייזר. פסיכה מהווה חלק מתוכנית דיסקברי של נאס"א בעשור השלישי של המאה ה-21 ונבחרה כמשימה ה-14.

שם הגשושית
השם לגשושית ניתן על שם האסטרואיד 16 פסיכה. שמו של זה ניתן לו על שם פסיכה, דמות של נערה יפה בת אנוש מהמיתולוגיה הרומית. הסיפור מתואר באפוס "חמור הזהב" (Metamorphoses) (בלטינית: Asinu aureus), מאת לוקיוס אפוליוס בסביבות אמצע המאה השנייה לספירה. המספר 16 בשם האסטרואיד ניתן לפי טבלת סדר הגילוי של גרמי שמיים 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, כמשימות מספר 13 ומספר 14 בהתאמה, כחלק מתוכנית דיסקברי. המשימות מתוכננות לשיגור באוקטובר 2021 ובאוקטובר 2023, בהתאמה.
תוכנית דיסקברי (Discovery Program) מהווה אחת משלוש התוכניות המנוהלות במשרד התוכנית למשימות 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 לינדי אלקינס-טנטון, 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 SSL, מפאלו אלטו, קליפורניה, שהיא חברת בת של חברת 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, Maxar Technologies, המצפה (Côte d’Azur) בצרפת (OCA) והמרכז הגרמני לחקר החלל (DLR).

למשימת הגשושית פסיכה יש שישה שלבים (A-F) שנמשכים בטווח השנים 2015–2030, ונכון לשנת 2023 המשימה בשלב D, שימשך עד השיגור באוקטובר 2023. שלב זה מתמקד בהרכבת מכשירי הגשושית, בדיקות ושיגור.

מטרות ויעדי המשימה

יעדי המשימה
משימת הגשושית פסיכה לאפיין, את הצורה, המבנה, ההרכב, השדה מגנטי והתפלגות המסה של האסטרואיד 16 פסיכה. המשימה תגדיל את ההבנה של תהליך היווצרות גרמי מערכת השמש והרכבם הפנימי.
 הבנת אבני הבניה של היווצרות כוכבי הלכת : גרעין מתכתי.
 בחינת תוכנם של כוכבי לכת ארציים על ידי התבוננות ישירה באסטרואידים
 לחקור גרם שמימי המורכב ממתכת.

מטרות מדעיות
 האם 16 פסיכה הוא גרעין בהתהוות או חומר לא מומס.
 קביעת הגיל באזורים השונים של פני האסטרואיד.
 האם גופי מתכת קטנים משלבים אותם אלמנטים קלים כצפוי בליבה של כדור הארץ.
 לקבוע האם תנאי ההיווצרות של האסטרואיד דומים לתנאי ההיווצרות של כדור הארץ.
 אפיון הטופוגרפיה של 16 פסיכה.

שאלות מדעיות שהמשימה תעסוק בהן
 האם 16 פסיכה נוצר כגרעין פלנטסימל או נוצר כגוף העשיר במתכות, מהם אבני הבניה של כוכבי הלכת, האם פלנטסימלים שנוצרו בקרבת השמש שונים בהרכבם המרבי.
 האם 16 פסיכה איבדה את המעטפת החיצונית, מתי ואיך.
 אם 16 פסיכה נוצר מותך, האם 16 פסיכה התקרר מהפנים כלפי חוץ או מהחוץ כלפי פנים.
 האם האסטרואיד יצר דינמו מגנטי כשהתקרר.
 מהם סגסוגות המתכת המרכיבות את 16 פסיכה.
 מהם מאפייני פני השטח הגאולוגיים והטופוגרפיים של 16 פסיכה לעומת גופים העשויים מסלע או קרח.
 השוואת היווצרות מכתשים באסטרואיד מתכתי לעומת אסטרואיד סלעי או קרחי.

מכשור מדעי ומבנה 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. כדי 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 כדי להרחיק את החישנים מקרינת רקע שנוצרת מחלקיקים אנרגטיים המקימים אינטראקציה עם הגשושית וכדי 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.

מבנה הגשושית

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 1,064 ק"ג של קסנון לדחף הגשושית.

תקשורת

מבנה הגשושית תכלול בנוסף מכשיר נסיוני הנקרא תקשורת אופטית בחלל העמוק (Deep Space Optical Communications או DSOC) מבוססת טכנולוגית לייזר. השימוש בקרן לייזר 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 הסיפון העליון של המרכב האמצעי, והיא מיועדת לתקשורת בתדר גבוה. בנוסף לכך, מותקנות שלוש אנטנות לתדרים נמוכים. התקשורת תעשה בעזרת מגבר של 100 וולט, המאפשר שידור של עד 180 קילובייט לשנייה (TWTA). תקשורת מהווה אחד מארבעת האתגרים בתכנון גשושית; תקשורת, מקור אנרגיה, ניווט והנעה.

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. בשלדת 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 נבנית על ידי חברת הבת SLL מתאגיד Maxar, בארצות הברית. לשילדת הגשושית מחוברים ארבעה מדחפי אפקט הול מקובעים מדגם (SPT-140), המשמשים להנעת הגשושית. בקרת השיוט וייצוב שלושת 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 תייצר ותספק את החשמל הנדרש 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
 13 באוקטובר 2023 – שוגרה הגשושית פסיכה ממרכז החלל קנדי, פלורידה .
 2024 – הגעה לכוכב הלכת מאדים לצורך תימרון בשיטת המקלעת כבידתית.
 2029 – הגשושית פסיכה מגיעה לאסטרואיד 16 פסיכה.
 2029–2030 – כניסה למסלול היקפי סביב האסטרואיד 16 פסיכה.

ראו גם
 פסיכה (אסטרואיד)

קישורים חיצוניים

אתרים רשמיים
 המשימה בנאס"א 
 המשימה באתר אוניברסיטת אריזונה 
 המשימה בתוכנית דיסקברי 
 פסיכה במאגר המידע הלאומי למדעי החלל NSSDC של נאס"א

אתרי מדיה ועיתונות
 פסיכה, ברשת החברתית פייסבוק 
 פסיכה, ברשת החברתית טוויטר 
 פסיכה, באתר שיתוף תמונות אינסטגרם 
 אליסף קוסמן, הכירו את לוסי וסייקי: משימות החלל החדשות של נאס"א, באתר "הידען", 5 בינואר 2017

הערות שוליים

גשושיות אמריקאיות
תוכנית דיסקברי
משימות לחקר מערכת השמש
מדעי החלל
נאס"א: מיזמים עתידיים