Psyche (wahana antariksa)

Psyche diajukan sebagai bagian dari pengajuan proposal Program Discovery NASA yang ditutup pada Februari 2015. Misi ini terpilih pada 30 September 2015, sebagai salah satu dari lima finalis dan mendapatkan penghargaan US $3 juta untuk pengembangan konsep lebih lanjut.^[7][8] Salah satu aspek pemilihan adalah menjalani "kunjungan lokasi" di mana sekitar 30 personel NASA datang dan mewawancarai, memeriksa, dan mempertanyakan para pengusul dan rencana mereka.^[9]

Pada tanggal 4 Januari 2017, Lucy dan Psyche dipilih untuk masing-masing misi Penemuan ke-13 dan ke-14, peluncuran untuk Psyche ditetapkan untuk tahun 2023.^[10] Pada Mei 2017, tanggal peluncuran dipindahkan untuk menargetkan lintasan yang lebih efisien, diluncurkan pada Juli 2022 di atas kendaraan peluncuran SpaceX Falcon Heavy dan tiba pada 31 Januari 2026 dengan bantuan gravitasi Mars pada 23 Mei 2023.^[11]

Wahana antariksa Psyche akan menggunakan tenaga penggerak listrik surya,^[12][13] dan muatan ilmiahnya adalah pencitraan, magnetometer, dan spektrometer sinar gamma.^[13][14]

Data menunjukkan asteroid 16 Psyche memiliki diameter sekitar 252 kilometer (157 mi).^[15] Para ilmuwan berpikir bahwa 16 Psyche bisa menjadi inti dari planet awal yang berukuran sebesar Mars dan kehilangan permukaannya dalam serangkaian tabrakan yang hebat.^[16]

Misi ini akan diluncurkan pada Agustus 2022 dan tiba dalam empat tahun untuk melaksanakan operasi ilmiah selama 21 bulan. Wahana antariksa ini akan dibangun oleh NASA JPL bekerja sama dengan SSL (sebelumnya Space Systems/Loral) dan Arizona State University.^[17]

Telah diusulkan bahwa roket tersebut dapat digunakan bersama dengan misi terpisah bernama Athena, yang akan melakukan penerbangan lintas tunggal asteroid 2 Pallas, asteroid terbesar ketiga di Tata Surya.^[18] Pada tahun 2020, diumumkan bahwa Falcon Heavy membawa Psyche akan menyertakan dua muatan sekunder smallsat untuk mempelajari atmosfer Mars dan asteroid biner, masing-masing bernama EscaPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) dan Janus.^[19]

Tujuan dan sasaran ilmiah

Diferensiasi adalah proses fundamental dalam pembentukan banyak asteroid dan semua planet terestrial, dan eksplorasi langsung ke inti dapat meningkatkan pemahaman proses ini secara signifikan. Misi Psyche akan menggambarkan geologi, bentuk, komposisi unsur, medan magnet, dan distribusi massa 16 Psyche. Diharapkan misi ini akan meningkatkan pemahaman tentang pembentukan dan interior planet.

Secara spesifik, tujuan ilmiah misi tersebut adalah:

• Memahami blok penyusun pembentukan planet yang belum dijelajahi sebelumnya: inti besi.
• Melihat ke dalam planet kebumian, termasuk Bumi, dengan langsung memeriksa bagian dalam benda terdiferensiasi, yang biasanya tidak dapat terlihat.
• Menjelajahi dunia baru yang terbuat dari logam.

Sasaran ilmiahnya adalah:

• Menentukan apakah 16 Psyche adalah sebuah inti planet atau apakah itu adalah materi yang belum pernah meleleh.
• Menentukan usia relatif wilayah permukaan 16 Psyche.
• Menentukan apakah benda logam kecil memiliki elemen ringan yang sama seperti yang diyakini ada di dalam inti bertekanan tinggi di Bumi.
• Menentukan apakah 16 Psyche terbentuk dalam kondisi yang lebih teroksidasi atau lebih tereduksi daripada inti Bumi.
• Mencirikan topografi 16 Psyche.

Pertanyaan ilmiah yang akan dijawab oleh misi ini adalah:

• Apakah 16 Psyche adalah sebuah inti dari planetesimal terdiferensiasi yang dilucuti, atau apakah itu dibentuk sebagai benda angkasa kaya akan zat besi? Apa bahan penyusun planet? Apakah planetesimal yang terbentuk dekat Matahari memiliki komposisi curah yang sangat berbeda?
• Jika 16 Psyche dilucuti dari mantelnya, kapan dan bagaimana itu bisa terjadi?
• Jika 16 Psyche pernah meleleh, apakah benda itu mengeras dari dalam ke luar, atau dari luar ke dalam?
• Apakah 16 Psyche menghasilkan dinamo magnet seiring pendinginannya?
• Apa saja elemen paduan utama yang berada berdampingan dalam logam besi inti?
• Apa karakteristik utama dari permukaan geologi dan topografi global? Apakah 16 Psyche terlihat sangat berbeda dari benda angkasa berbatu dan es yang telah dikenal?
• Apa perbedaan kawah pada benda angkasa logam dengan kawah pada benda angkasa batuan atau es?

Psyche akan membawa muatan seberat 30 kilogram (66 pon), terdiri dari empat instrumen ilmiah:^[21]

• Pencitraan multispektral akan memberikan gambar resolusi tinggi menggunakan penyaring untuk membedakan antara unsur logam dan silikat.
• Spektrometer Sinar Gama dan Neutron akan menganalisis dan memetakan komposisi unsur asteroid.
• Magnetometer akan mengukur dan memetakan sisa medan magnet asteroid.
• Investigasi Ilmu Gravitasi X-band akan menggunakan sistem telekomunikasi radio X-band (gelombang mikro) untuk mengukur medan gravitasi asteroid dan menyimpulkan struktur interiornya.

Wahana antariksa itu juga akan menguji teknologi komunikasi laser eksperimental yang disebut Deep Space Optical Communications.^[22] Diharapkan perangkat ini dapat meningkatkan kinerja dan efisiensi komunikasi wahana antariksa 10 hingga 100 kali lipat dibandingkan cara konvensional.^[22][23] Sinar laser dari wahana antariksa akan diterima oleh teleskop darat di Observatorium Palomar di California.^[24]

Misi ini akan menggunakan model mesin SPT-140, pendorong efek Hall yang memanfaatkan propulsi listrik tenaga surya, di mana listrik yang dihasilkan dari panel surya disalurkan ke mesin roket listrik, bukan bertenaga kimiawi.^[28][29][30] Pendorong tersebut pada dasarnya memiliki daya operasi 4,5 kW,^[31] tetapi juga akan beroperasi untuk jangka waktu lama pada daya sekitar 900 watt.^[29]

SPT-140 (SPT singkatan dari Stationary Plasma Thruster) adalah sistem propulsi komersial lini produksi^[32] yang ditemukan di Rusia oleh OKB Fakel dan dikembangkan oleh Pusat Penelitian Glenn NASA, Space Systems Loral, dan Pratt & Whitney sejak akhir 1980-an.^[33][34] Pendorong SPT-140 pertama kali diuji di AS sebagai unit berdaya 3,5 kW pada tahun 2002 sebagai bagian dari program Air Force Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology.^[35][32] Menggunakan pendorong listrik tenaga surya akan memungkinkan wahana antariksa ini tiba di 16 Psyche (pada jarak 3,3 unit astronomi) jauh lebih cepat sementara hanya mengonsumsi 10% dari jumlah propelan propulsi kimia konvensional.

Listrik akan dihasilkan oleh panel surya bilateral dalam konfigurasi berbentuk X, dengan lima panel di setiap sisinya. Sebelum misi dipindahkan dengan lintasan baru, panel harus disusun dalam garis lurus, dengan hanya empat panel di setiap sisi wahana antariksa.^[36]

Peluncuran dan lintasan

Peluncuran direncanakan pada Agustus 2022 dengan kendaraan peluncur Falcon Heavy. Biaya peluncuran, termasuk muatan sekunder, adalah US $117 juta. Psyche akan diluncurkan dalam lintasan yang akan melakukan manuver bantuan gravitasi melewati Mars pada 23 Mei 2023, menuju sabuk asteroid, dan mencegat asteroid Psyche.

Orbit

Psyche akan bertemu dengan 16 asteroid Psyche dan memasuki orbitnya pada 31 Januari 2026. Wahana antariksa ini akan mengorbit pada ketinggian atau rezim yang semakin menurun.^[37] Rezim pertamanya, Orbit A, sejauh 700 kilometer (430 mi) di atas permukaan untuk pencirian medan magnet dan pemetaan awal selama 56 hari. Kemudian Psyche akan turun ke Orbit B, di ketinggian 290 kilometer (180 mi) selama 76 hari, untuk topografi dan pencirian medan magnet. Kemudian Psyche akan turun ke Orbit C, di ketinggian 170 kilometer (110 mi) selama 100 hari untuk melakukan penyelidikan gravitasi dan melanjutkan pengamatan medan magnet. Akhirnya, Psyche akan memasuki Orbit D, disetel pada ketinggian 85 kilometer (53 mi) untuk menentukan komposisi kimia permukaan menggunakan spektrometer sinar gama dan neutron. Psyche juga akan memperoleh pencitraan lanjutan, gravitasi, dan pemetaan medan magnet. Misi tersebut direncanakan untuk mengorbit asteroid setidaknya selama 21 bulan.^[37]

Stasiun bumi untuk komunikasi laser

Sinar laser dari wahana antariksa akan diterima oleh teleskop darat di Palomar Observatory di California.^[38] Sinar laser ke wahana antariksa akan dikirim dari teleskop yang lebih kecil di Pegunungan Table, CA.