«Психея» летит к металлическому зародышу планеты
В минувшем месяце очередным амбициозным проектом, призванным штурмовать «главный пояс» астероидов – загадочную область между Марсом и Юпитером – стал запуск межпланетного зонда Psyche («Психея»). Он летит к одноименно астероиду и достигнет его почти через 6 лет. В НАСА считают, что столь долгий срок и большие затраты стоят того. Цель проекта: впервые с близкого расстояния изучить металлический астероид, который в будущем станет важнейшим источником ресурсов для нашей цивилизации.
Ядро планеты
Впервые предметом непосредственного изучения станет «металлический» астероид 16 Психея (16 Psyche), открытый 17 марта 1852 года итальянским астрономом Аннибале де Гаспарисом. Эта самая большая (максимальный поперечник – 215 километров) из малых планет типа М, содержащего гораздо более высокие концентрации металлических элементов и соединений, нежели другие астероиды. Это подтвердил не только блеск, но и локационное обследование, проведенное земным радаром в конце XX века. Число в обозначении означает, что это 16-е по счету открытое малое небесное тело, а имя получено в честь мифической Психеи, олицетворяющей у древних греков дыхание или душу.
Считается, что некоторые астероиды представляют собой планетезимали – то есть потенциальные зародыши большой планеты. В силу неизвестных причин – гравитационных воздействий или столкновений с собратьями – они так и не смогли стать планетами или хотя бы их ядрами. Между тем 16 Психея как раз может быть ядром более крупного небесного тела, потерявшего внешние слои. Альтернативная гипотеза утверждает, что металлический астероид изначально формировался так, как выглядит теперь.
Интерес представлял сам по себе «новый мир, сделанный из металла» (хотя уточненные данные говорят, что это всё-таки «смешанный мир металлов и силикатов»). Хотелось бы ответить на вопросы, является ли 16 Психея зародышем или остатком малой планеты, определить различия условий, в которых она образовалась – в более окислительной, или более восстановительной среде по сравнению с ядром Земли, а также охарактеризовать топографию астероида.
От замысла до старта
По классификации NASA зонд Psyche («Психея») относится к миссиям типа Discovery («Открытие»), выполняющим относительно недорогие («одноцелевые») исследования объектов Солнечной системы, в отличие от дорогостоящих многоцелевых программ типа New Frontier («Новая граница») или Flagship («Флагман»). За проектирование и исполнение миссии отвечает Лаборатория реактивного движения JPL (г. Пасадена, шт. Калифорния) – ведущий научно-исследовательский центр, занимающийся созданием и эксплуатацией научных космических аппаратов для NASA.
Цели и планы 14-й по счету миссии класса Discovery были впервые сформулированы в феврале 2015 года. Примерно через полгода «Психея» стала одним из пяти финалистов конкурса NASA, которым предусматривалось длительное «посещение объекта», а в начале января 2017 года её назначили к реализации наряду с миссией «Люси».
В то время запуск к металлическому астероиду планировали осуществить в 2023 году, но затем сдвинули на год раньше: зонду полагалось стартовать в июле 2022 года, поскольку дата считалась оптимальной по энергетике. В 2020 году NASA выбрало для запуска самую мощную на тот момент ракету-носитель Falcon Heavy компании SpaceX.
Как часто случается в сложных космических проектах, желаемые сроки выдержать не удалось из-за задержек с поставкой компонентов и бортового софта зонда, а также неготовности испытательного оборудования. В итоге дату начала миссии решили сдвинуть на вторую половину 2023 года или вообще на 2024 год.
Перенос запуска на 14 месяцев вызвал обеспокоенность NASA: сдвиг старта всего лишь на год приводил к тому, что время прибытия «Психеи» к цели отодвигалось на целых три года! Да к тому же и стоимость проекта выросла на 20 процентов – с 1 до 1,2 миллиардов $. Из-за задержки запуска NASA пришлось отменить миссию с двумя микроспутниками Janus («Янус») для исследования двойных астероидов 1991 VH и 1996 FG3, которые предполагалось запустить вместе с «Психеей» в качестве попутчиков: пропустив стартовое окно 2022 года, утрачивалась возможность пролета вблизи этих малых небесных тел, а найти альтернативную цель не получилось...
Ревизия дел в JPL, проведенная NASA, выявила серьезные организационные проблемы, из-за которых пришлось отложить следующую миссию программы Discovery – исследования Венеры с помощью зонда VERITAS: запуск перенесли с 2028 на 2031 год.
Как бы то ни было, осенью прошлого года команда проекта «Психея» приняла окончательное решение – лететь в октябре 2023 года, прибывая к месту назначения в августе 2029 года. 18 апреля нынешнего года определили и точную дату старта – 5 октября. После этого зонд отправился на мыс Канаверал для стыковки с носителем и подготовки к запуску. Вот во время этих операций вскрылась проблема с управляющим движком, работающим на холодном газе, из-за чего пуск перенесли на неделю. Затем вмешалась непогода, и старт перекочевал на 13 октября. В этот день зонд, наконец, отправился в своё шестилетнее путешествие.
Зонд
«Психея» – космический аппарат средних размеров, построенный на коммерческой спутниковой платформе SSL 1300 производства компании Maxar Technologies – такие десятками служат в геостационарных спутниках связи. Начальная масса зонда – 2747 кг (из них 1085 кг (по другим данным, 922 кг) – ксенон, рабочее тело для электроракетных двигателей), размах по раскрытым солнечным батареям 25 метров, длина чуть больше 7 метров.
Служебные системы платформы остались неизменными, но вместо телекоммуникационной полезной нагрузки установлены научные приборы и специфическая аппаратура межпланетного зонда. Для торможения у цели используются четыре стационарных плазменных двигателя SPT-140 на эффекте Холла, получающих электропитание от солнечных батарей. При том, что мощность последних – 20 кВт у Земли и 2,3 кВт у цели, на двигатели идет максимум 4,5 кВт или чуть более шести лошадиных сил. Тяга двигателей измеряется в граммах, но они отличаются чрезвычайной экономичностью по топливу и могут работать очень долго. Использование электроракетной двигательной установки с питанием от Солнца позволит зонду выйти на орбиту около астероида 16 Психея потребляя всего 10% топлива, которое потребовалось бы жидкостному тормозному блоку на химических компонентах топлива. Кстати, «Психея» станет первым в истории космическим аппаратом, использующим такие двигатели за пределами лунной орбиты!
Комплект научной аппаратуры общей массой 30 кг включает мультиспектральную камеру, гамма- и нейтронный спектрометр, магнитометр и прибор для исследования гравитации астероида с использованием радиосвязи диапазона X. Тем не менее, эти инструменты дают богатые возможности для получения представление о химическом составе, магнитном и гравитационном полях астероида.
Важнейший компонент «борта» – экспериментальное оборудование по лазерной оптической связи в дальнем космосе, обеспечивающее пропускную способность передачи данных почти на два порядка большую, чем традиционные радиосистемы. Технология, разработанная в JPL, передает информацию на длинах волн, близких к инфракрасному диапазону. NASA впервые использует этот способ в дальнем космосе. Эксперимент рассчитан на первый год полёта.
Задачи проекта
Полет «Психеи» включает несколько этапов. Первый – запуск и 21-месячный пассивный дрейф в окрестностях планет земной группы. Совершив полтора оборота вокруг Солнца, в 2026 году зонд выполнит первый пертурбационный манёвр у Марса: гравитационная праща направит аппарат в направлении к астероиду 16 Психея, добавив скорости. Во время этого манёвра известные характеристики Красной планеты будут служить для калибровки приборов межпланетного зонда.
Когда «Психея» через 5 лет и 10 месяцев после старта прибудет к цели своего путешествия, расположенной на расстоянии в 3.3 астрономических единиц от Земли, начнется активное маневрирование с использованием электроракетной двигательной установки для выхода сначала на опорную, а затем на рабочую орбиту вокруг астероида.
Научные исследования будут выполняться с четырех разных орбит при последовательном приближении к малому небесному телу. Вначале зонд выйдет на полярную орбиту высотой 700 километров над поверхностью и будет находиться там 56 дней, проводя оценку характеристик магнитного поля 16 Психеи. Затем аппарат переместится на полярную орбиту высотой 303 километров, где 92 дня продолжит заниматься изучением магнитного поля и топографии астероида, а потом переберётся на орбиту высотой 75 километров, но наклоненную на 160 градусов. Здесь он пробудет 100 дней, исследуя химический состав поверхности астероида, после чего перейдёт на полярную орбиту высотой 190 километров, где 100 суток будет исследовать гравитационные и магнитные поля Психеи.
Если все пройдет нормально, зонд может проработать у цели как минимум до ноября 2032 года. Планетологи предполагают, что Психея даст им огромный массив информации для понимания физики формирования планет. Но это официальная, научная цель экспедиции. Многие наблюдатели предполагают, что основной целью станет оценка запасов металлов (в том числе, редких), из которых в основном и состоит астероид. Далекая перспектива - превращение 16 Психеи в главный рудник для удовлетворения потребностей Земли и будущих колоний на других телах Солнечной системы.
Самое популярное
