Psyche ( / ˈ s aɪ k i / SY -kee ) es una misión espacial del Programa Discovery de la NASA lanzada el 13 de octubre de 2023 para explorar el origen de los núcleos planetarios orbitando y estudiando el asteroide metálico 16 Psyche a partir de 2029. [8 ] Jet Propulsion Laboratory (JPL) gestiona el proyecto.
La nave espacial no aterrizará en el asteroide, pero lo orbitará desde agosto de 2029 hasta finales de 2031. Psyche utiliza propulsores de efecto Hall alimentados por energía solar para la propulsión y las maniobras orbitales, siendo la primera nave espacial interplanetaria que utiliza esa tecnología. También es la primera misión que utiliza comunicaciones ópticas láser más allá del sistema Tierra-Luna.
El asteroide 16 Psyche es el asteroide de tipo M más pesado conocido , y puede ser un núcleo de hierro expuesto de un protoplaneta , el remanente de una violenta colisión con otro objeto que le despojó de su manto y corteza . El 4 de enero de 2017, la misión Psyche fue seleccionada para la misión Discovery #14 de la NASA. [9] Fue lanzado sobre un cohete SpaceX Falcon Heavy . [10]
Psyche fue presentado por Lindy Elkins-Tanton , investigadora principal de la Universidad Estatal de Arizona, como parte de una convocatoria de propuestas para el Programa Discovery de la NASA que cerró en febrero de 2015. Fue preseleccionado el 30 de septiembre de 2015, como uno de los cinco finalistas y premiado. 3 millones de dólares para un mayor desarrollo del concepto. [8] [11]
El 4 de enero de 2017, Psyche fue seleccionada para la decimocuarta misión Discovery, con el lanzamiento previsto para 2023. [12] En mayo de 2017, la fecha de lanzamiento se adelantó para apuntar a una trayectoria más eficiente, a julio de 2022 a bordo de un lanzamiento Falcon Heavy de SpaceX. vehículo con llegada el 31 de enero de 2026, luego de una asistencia gravitatoria a Marte el 23 de mayo de 2023. [13]
En junio de 2022, la NASA descubrió que la entrega tardía del equipo de prueba y el software de vuelo para la nave espacial Psyche no les daba tiempo suficiente para completar las pruebas requeridas, y decidió retrasar el lanzamiento, con ventanas futuras disponibles en 2023 y 2024 para reunirse con el asteroide en 2029 y 2030, respectivamente. [14]
El 28 de octubre de 2022, la NASA anunció que Psyche tenía como objetivo iniciar un período de lanzamiento el 10 de octubre de 2023, lo que correspondería con una llegada al asteroide en agosto de 2029. [1]
El 18 de abril de 2023, la página de la misión del JPL para Psyche se actualizó para reflejar una nueva fecha de lanzamiento del 5 de octubre de 2023. [15] El 28 de septiembre de 2023, el lanzamiento se retrasó nuevamente hasta no antes del 12 de octubre de 2023, debido a un problema no especificado con la nave espacial. [16] El lanzamiento se retrasó aún más hasta el 13 de octubre de 2023 debido al mal tiempo. [17]
Una revisión independiente de los retrasos en el JPL informados en noviembre de 2022 encontró falta de personal, planificación insuficiente y problemas de comunicación entre los ingenieros y la gerencia. La misión VERITAS Venus se retrasó para liberar personal para concentrarse en Psyche . [18]
16 Psyche es el asteroide de tipo M más pesado conocido, con un diámetro medio de 220 kilómetros, y puede ser un núcleo de hierro expuesto de un protoplaneta , [19] el remanente de una colisión violenta con otro objeto que le despojó de su manto y corteza .
Estudios recientes muestran que se trata de "un mundo mixto de metales y silicatos". [20] Otro estudio considera que se trata de un núcleo metálico de un protoplaneta o "un mundo diferenciado con una composición de regolito... salpicado de regiones localizadas de altas concentraciones de metales". [21] Las observaciones de radar del asteroide desde la Tierra indican una composición de hierro y níquel. [22]
El símbolo histórico del asteroide para Psyche, el ala de una mariposa coronada por una estrella (.svg/1280px-Psyche_symbol_(fixed_width).svg.png){kind=small}
), puede haber influido en la insignia de la misión. [23]
La nave espacial Psyche está diseñada con propulsión eléctrica solar , [24] [25] y la carga útil científica incluye un generador de imágenes multiespectral , un magnetómetro y un espectrómetro de rayos gamma . [25] [26]
La misión está diseñada para realizar 21 meses de ciencia. La nave espacial fue construida por el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en colaboración con SSL (anteriormente Space Systems/Loral) y la Universidad Estatal de Arizona . [1] [27]
Se propuso que el lanzamiento del cohete podría compartirse con una misión separada llamada Athena , que realizaría un solo sobrevuelo del asteroide 2 Palas , el tercer asteroide más grande del Sistema Solar . [28]
En mayo de 2020, se anunció que el Falcon Heavy que transportaba Psyche incluiría dos cargas útiles secundarias de satélites pequeños para estudiar la atmósfera marciana y los asteroides binarios, denominadas EscaPADE ( Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers ) y Janus respectivamente, [13] pero en septiembre de 2020 , la sonda atmosférica de Marte EscaPADE fue retirada del plan. [29]
Posteriormente, Janus también fue retirado de la misión Psyche el 18 de noviembre de 2022, después de que una evaluación determinara que no estaría en la trayectoria requerida para cumplir con sus requisitos científicos como resultado del nuevo período de lanzamiento de Psyche . [30]
La diferenciación es un proceso fundamental en la configuración de muchos asteroides y todos los planetas terrestres , y la exploración directa de un núcleo podría mejorar en gran medida la comprensión de este proceso. La misión Psyche tiene como objetivo caracterizar la geología, la forma, la composición elemental, el campo magnético y la distribución de masa de 16 Psyche . Se espera que esta misión aumente la comprensión de la formación y el interior de los planetas.
Específicamente, los objetivos científicos de la misión son: [32]
Las cuestiones científicas que esta misión pretende abordar son: [19] [32]
Las cargas útiles instaladas en Psyche son:
La nave espacial utiliza la plataforma de autobús Space Systems Loral (SSL) 1300 . [33] JPL agregó los subsistemas de comando y manejo de datos y telecomunicaciones y todo el software de vuelo. [33]
La nave espacial utiliza propulsión iónica . Tiene cuatro motores SPT-140, que son propulsores de efecto Hall que utilizan propulsión eléctrica solar , donde la electricidad generada a partir de paneles solares se transmite a un motor de cohete eléctrico, en lugar de propulsado químicamente. [24] [37] [38] El propulsor tiene una potencia operativa nominal de 4,5 kW, [39] pero también funcionará durante períodos prolongados a aproximadamente 900 vatios. [37] Psyche es la primera misión interplanetaria que utiliza propulsores de efecto Hall, aunque no la primera en utilizar propulsores eléctricos en general. [40]
El SPT-140 (SPT significa Stationary Plasma Thruster ) es un sistema de propulsión comercial de línea de producción [3] que fue inventado en la URSS por OKB Fakel y desarrollado por el Centro de Investigación Glenn de la NASA , Space Systems Loral y Pratt & Whitney desde finales de Década de 1980. [41] [42] El propulsor SPT-140 se probó por primera vez en los EE. UU. en el Laboratorio de Propulsión Eléctrica y Plasmadinámica en 1997, [43] y más tarde como una unidad de 3,5 kW en 2002 como parte de la Propulsión Integrada de Cohetes de Alto Rendimiento de la Fuerza Aérea. Programa de tecnología. [39] [3]
El uso de propulsores eléctricos solares permitirá a la nave espacial llegar a 16 Psyche (ubicado a 3,3 unidades astronómicas de la Tierra) mucho más rápido, mientras consume menos del 10% del propulsor que necesitaría usando propulsión química convencional. [44]
La electricidad será generada por paneles solares bilaterales en una configuración en forma de X, con cinco paneles a cada lado. Antes de que la misión avanzara con una nueva trayectoria, los paneles debían estar dispuestos en línea recta, con solo cuatro paneles a cada lado de la nave espacial. [45]
La nave espacial también probará una tecnología experimental de comunicación láser llamada Comunicaciones Ópticas en el Espacio Profundo (DSOC). [48] Se espera que el dispositivo aumente el rendimiento y la eficiencia de las comunicaciones de las naves espaciales entre 10 y 100 veces con respecto a los medios convencionales. [48] [49] El experimento DSOC es la primera demostración de la NASA de comunicaciones ópticas más allá del sistema Tierra-Luna. DSOC es un sistema que consta de un transceptor láser de vuelo, un transmisor láser terrestre y un receptor láser terrestre. En cada uno de estos elementos se han implementado nuevas tecnologías. El transceptor está montado en la nave espacial Psyche . La demostración de la tecnología DSOC comenzará poco después del lanzamiento y continuará mientras la nave espacial viaja desde la Tierra hasta su sobrevuelo de Marte asistido por gravedad. DSOC mostrará sus capacidades enviando datos a una velocidad de hasta 2 megabits por segundo, desde distancias más allá de la órbita de Marte. [50] Las operaciones del DSOC están previstas para un año después del lanzamiento, y se evaluarán oportunidades de misión extendida. El Telescopio Hale del Observatorio Palomar recibirá el enlace descendente de datos de alta velocidad desde el transceptor de vuelo DSOC. [51] [52]
La solicitud del programa Discovery ofreció a los proyectos de misión 30 millones de dólares adicionales si albergaban y probaban la unidad DSOC de 25 kg, que necesita unos 75 vatios. [53] Se espera que DSOC avance al nivel de preparación tecnológica 6. [52] Está previsto que las pruebas del equipo láser se realicen en distancias de 0,1 a 2,5 unidades astronómicas (AU) en la sonda que se dirige hacia el exterior. [52] La primera prueba exitosa del sistema ocurrió el 11 de diciembre de 2023 cuando un video del gato de un empleado jugando con un puntero láser fue transmitido a la Tierra desde una distancia de 31 millones de kilómetros. La señal de vídeo tardó 101 segundos en llegar a la Tierra y se envió a la velocidad de bits máxima del sistema de 267 megabits por segundo (Mbps). En la noche del 4 de diciembre, el proyecto demostró velocidades de bits de enlace descendente de 62,5 Mbps, 100 Mbps y 267 Mbps, comparables a las velocidades de descarga de Internet de banda ancha. El equipo pudo descargar un total de 1,3 terabits de datos durante ese tiempo. A modo de comparación, la misión Magallanes de la NASA a Venus descargó 1,2 terabits durante toda su misión de 1990 a 1994. [46]
El transceptor láser de vuelo DSOC cuenta con un transmisor láser de infrarrojo cercano para enviar datos de alta velocidad al sistema terrestre y una cámara sensible de conteo de fotones para recibir un láser transmitido desde tierra. El telescopio de apertura de 22 centímetros (8,6 pulgadas) del transceptor está montado sobre un conjunto de puntales y actuadores que estabilizan la óptica frente a las vibraciones de la nave espacial. El hardware de vuelo está equipado con un parasol y sobresale del costado de la nave espacial, lo que lo convierte en una de las características fácilmente identificables de Psyche . [51]
Un transmisor láser de infrarrojo cercano de alta potencia en las instalaciones del JPL en Table Mountain cerca de Wrightwood, California, actúa como un enlace ascendente transmitiendo un rayo láser modulado al transceptor de vuelo para demostrar la transmisión de datos de baja velocidad. El láser de enlace ascendente también actúa como una baliza para que se fije el transceptor de vuelo. Los datos de enlace descendente enviados por el transceptor DSOC en Psyche son recopilados por el Telescopio Hale de 200 pulgadas (5,1 metros) en el Observatorio Palomar de Caltech en el condado de San Diego, California, utilizando un sensible receptor de conteo de fotones de nanocables superconductores para demostrar la alta velocidad. transferencia de datos. [51]
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El período de lanzamiento de Psyche se abrió el 5 de octubre de 2023, con ventanas de lanzamiento instantáneo todos los días hasta el 25 de octubre. [54] El 28 de septiembre, la NASA anunció que el lanzamiento se retrasaría una semana debido a problemas encontrados con los propulsores de la nave espacial, moviendo el lanzamiento. fecha del 5 de octubre al 12 de octubre. [55] El lanzamiento se retrasó un día adicional hasta el 13 de octubre debido al mal tiempo. [56]
Psyche se lanzó el 13 de octubre de 2023, a las 10:19 am EDT, en un cohete Falcon Heavy desde la plataforma de lanzamiento 39A en el Centro Espacial Kennedy . [57] [17] [15] [5] Este fue el octavo lanzamiento de Falcon Heavy y el primero de la NASA. Los dos propulsores laterales utilizados en la misión realizaron su cuarto vuelo; aterrizaron de regreso en Cabo Cañaveral unos minutos después del despegue y serán reutilizados en vuelos futuros, incluido el lanzamiento del Europa Clipper en 2024. La etapa central del cohete se gastó. La nave espacial Psyche fue liberada de la etapa superior del cohete aproximadamente una hora después del despegue. [58] [59] Los controladores terrestres recibieron una señal de onda portadora de la nave espacial justo después de la separación, lo que proporcionó información sobre el estado de la nave espacial antes del despliegue de los paneles solares. [60] La comunicación total con la nave espacial se estableció a las 11:50 am EDT. Luego, la nave espacial comenzó una fase de puesta en servicio de 100 días, durante la cual todos los sistemas e instrumentos se prueban y calibran. [57]
El costo del lanzamiento fue de 117 millones de dólares. [7] Psyche llevará a cabo una maniobra de asistencia gravitacional en Marte en 2026, que posicionará la nave espacial para su llegada al asteroide objetivo en agosto de 2029. [1]
La secuencia de aproximación comenzará en mayo de 2029, cuando se tomarán las primeras imágenes de navegación y mediciones de 16 Psyche, el asteroide que todavía tiene unos pocos píxeles de ancho. Luego, la nave espacial utilizará su sistema de propulsión eléctrica para posicionarse y ser capturada por la gravedad del asteroide, lo que se espera que ocurra a fines de julio de 2029. En este punto, se tomarán las primeras imágenes cercanas de 16 Psyche, con el asteroide Apareciendo alrededor de 500 píxeles de ancho. Durante los próximos 20 días, la nave espacial maniobrará para entrar en la primera de cuatro órbitas científicas. [54]
Está previsto que Psyche entre en órbita alrededor de 16 Psyche en agosto de 2029. [1] La nave espacial orbitará el asteroide a cuatro altitudes diferentes, nombradas alfabéticamente de mayor (A) a menor (D). En el plan de misión original, la nave espacial avanzaría a través de las órbitas secuencialmente de mayor a menor. [40] Después del retraso del lanzamiento de 2022, el plan de la misión se actualizó para reflejar la nueva fecha de llegada de 2029, lo que significaba que la nave espacial llegaría al asteroide en un punto diferente de su órbita alrededor del Sol. En el nuevo plan de misión, Psyche ingresará inicialmente a la Órbita A, luego descenderá a la Órbita B1, luego a la Órbita D, regresará a la Órbita C y finalmente se trasladará a la Órbita B2 (la segunda parte de la Órbita B). Este rediseño garantiza que la superficie del asteroide esté correctamente iluminada por el Sol durante la Órbita B. [61] [62]
Su primer régimen, Órbita A , verá a la nave espacial entrar en una órbita de 700 km (430 millas) para la caracterización del campo magnético y el mapeo preliminar durante 56 días. Luego descenderá a la Órbita B , fijada a 303 km (188 millas) de altitud durante 92 días, para caracterizar la topografía y el campo magnético. Luego descenderá a la Órbita D , que es la órbita más baja a 75 km (47 millas) y también tiene una inclinación única que permite una vista directa del ecuador del asteroide (en comparación con las otras órbitas que rodean sus polos), durante 100 días para determinar la composición química de la superficie utilizando sus espectrómetros de rayos gamma y neutrones. Después de eso, ascenderá a la Órbita C a 190 km (120 millas) de altitud durante 100 días para realizar investigaciones de gravedad y continuar con las observaciones del campo magnético. Finalmente, el orbitador regresará a la Órbita B durante 100 días, para terminar de mapear la porción de la superficie del asteroide que estuvo en oscuridad durante la primera parte de la Órbita B. También adquirirá mapeo continuo de imágenes, gravedad y campo magnético. En total, se espera que la misión principal dure 26 meses y finalice en noviembre de 2031. Al final de la misión, la nave espacial quedará en órbita alrededor del asteroide. [63] [54] [40] [64]
Los rayos láser de la nave espacial serán recibidos por un telescopio terrestre en el Observatorio Palomar en California. [52] Los rayos láser a la nave espacial se enviarán desde un telescopio más pequeño en las instalaciones del JPL Table Mountain . [52]
Las pruebas comenzaron en la nave espacial en diciembre de 2021. Estas pruebas incluyeron, entre otras, pruebas electromagnéticas y TVAC, o pruebas de cámara de vacío térmica . Las pruebas electromagnéticas se realizaron para garantizar que los componentes electrónicos y magnéticos que componen la nave espacial no interfieran entre sí durante la realización de la misión. La prueba TVAC se realizó dentro de la cámara de vacío de 85 por 25 pies en las instalaciones del JPL en el sur de California, que replica la falta de aire en el espacio. Esto permite a los ingenieros y científicos observar los efectos del entorno espacial en el orbitador. Dentro del TVAC, los empleados del JPL pueden observar qué tan bien reacciona la nave espacial ante las duras condiciones. Sin aire rodeando la nave espacial, el calentamiento y enfriamiento de la unidad se ve afectado. La nave espacial estará caliente en las horas posteriores al lanzamiento, mientras todavía esté cerca de la Tierra y de cara al Sol, especialmente con sus componentes electrónicos en funcionamiento, y más tarde, cuando la nave espacial se aleje del Sol, se enfrentará a un frío intenso, especialmente cuando vuele en 16 La sombra de Psique. Las pruebas de vibración de la nave espacial realizadas por científicos e ingenieros garantizan que pueda sobrevivir a las condiciones extremas del lanzamiento del cohete. También realizaron pruebas de impacto para garantizar que la nave espacial pudiera sobrevivir al impacto de la separación de la segunda etapa del cohete. Finalmente, realizaron pruebas acústicas en la nave. El sonido del lanzamiento puede ser tan violento que puede dañar el hardware, por lo que se realizaron intensas pruebas acústicas para garantizar el éxito de la misión. [sesenta y cinco]
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