Цель миссии NASA к металлическому астероиду 16 Психея — изучить ядро Земли. Запуск космического корабля запланирован на 5 октября 2023 года. В 2026 году он приблизится к астероиду и начнет использовать инструменты, чтобы определить, является ли он планетарным ядром или нет. В ходе миссии ученые протестируют систему лазерной связи и систему солнечного электрического двигателя — новейшие достижения в космической технологии.
Суть в ядре
Земля образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда пыль и газы рядом с Солнцем начали объединяться. Изначально эти материалы были чрезвычайно горячими, но по мере их охлаждения более плотные осели в центре, образовав ядро Земли.
Ученые считают, что электрические токи в горячем металлическом ядре Земли отвечают за магнитное поле планеты. Оно удерживает атмосферу на месте и отражает солнечный ветер.
«Если бы не было магнитного поля, у нас могла бы быть совершенно другая атмосфера, лишенная жизни, как мы ее знаем», — сказала Эфтихия Зеста, руководитель лаборатории геокосмической физики NASA.
Прямые наблюдения для изучения ядра планеты невозможны, так как оно расположено на глубине примерно 2 897 километров, а самое глубокое бурение, которое сейчас возможно, — всего около 12 километров.
Планеты начинают свое существование в виде небольших планетезималов (размером от 10 до 100 км) и растут, аккумулируя материал. Возможно, астероид 16 Психея тоже так начинала свой путь к статусу планеты, но потом различные столкновения привели к тому, что ее каменистая оболочка оказалась разрушена.
Так как у NASA нет возможности напрямую наблюдать за ядром Земли, то решено отправить космический корабль для изучения огромного металлического астероида. Ученые предполагают, что он может быть частью ядра «ланетезимала» — твердого объекта, который мог бы послужить основой для формирования планеты. 16 Психея — единственный известный объект такого рода в Солнечной системе.
Ценные ресурсы: объект не из камня и льда, а из металла
Астероид 16 Психея находится на расстоянии приблизительно 450 миллионов километров от Земли. Если бы мы могли доставить его на Землю, то на руках оказалось бы никеля на 10 квинтиллионов долларов. А это 10 миллионов триллионов, или 10 миллиардов миллиардов. Это единица и 19 нулей. Конечно, такая цена не учитывает тот факт, что резкое увеличение предложения могло бы рухнуть стоимость металла. Но NASA не намерена заниматься добычей на 16 Психее, ее цель — лишь изучение.
«Это шанс исследовать совершенно новый тип мира — не из камня или льда, а из металла. 16 Психея — единственный известный объект такого рода в солнечной системе, и это единственный способ для человечества посетить планетное ядро», — заявила Линди Эликс-Тэнтон, главный исследователь миссии к Психее, в 2017 году, когда NASA дало добро на реализацию проекта.
Дополнительные возможности
Помимо предоставления ученым первого близкого взгляда на металлический астероид, миссия «Психея» также дает NASA возможность проверить новые системы связи и двигательные установки.
С 1950-х годов NASA полагалась исключительно на радиосигналы для связи с космическими аппаратами, однако эти системы работают медленно — передача одного высокоразрешенного цветного изображения с марсохода на Землю занимает от 30 минут до нескольких часов. И если в планах отправлять людей на Марс и дальше, потребуется более быстрый способ связи с ними.
Сам сигнал не может передаваться быстрее, но в последнее время NASA экспериментирует с оптическими системами связи, которые используют невидимые лазеры для передачи информации. Это позволяет передавать в 100 раз больше данных в одной и той же передаче, чем это возможно с радиосистемами связи.
Единственное двустороннее демонстрационное испытание лазерной связи NASA провели с космическим аппаратом на высоте 35 400 километров над Землей. Для сравнения: до Луны около 386 000 километров. Поэтому у NASA нет уверенности в том, насколько хорошо этот метод будет работать на огромных расстояниях, где быстрая связь была бы наиболее полезной.
Чтобы выяснить это, NASA использует «Психея» для демонстрации системы оптической связи в глубоком космосе (DSOC). Эту технологию используют для связи с космическим аппаратом один или два раза в неделю, пока аппарат не приблизится к Марсу, что займет около двух лет.
Помимо демонстрации первой системы лазерной связи в глубоком космосе, «Психея» также станет первым космическим аппаратом с солнечной электрической двигательной установкой с тяговыми двигателями Холла для полета в глубоком космосе (эта технология уже использовалась вокруг Земли и Луны).
Система использует крупные солнечные батареи для генерации электроэнергии, которую четыре тяговых двигателя Холла применяют для разделения заряженных атомов от нейтрального газа ксенона и их ускорения на выходе из космического аппарата.
Хотя и создается лишь слабая тяга, для «Психеи», двигающейся в вакууме космоса, достаточно небольшого ускорения. В итоге она сможет развить скорость до 200 000 километров в час относительно Земли. Эта солнечно-электрическая система также отличается высокой эффективностью — если бы «Психея» использовала химические двигатели, ей потребовалось бы в 15 раз больше топлива.
Взгляд в будущее
На данный момент исследователи из NASA находятся на заключительном этапе подготовки к миссии «Психея». 3 августа они успешно провели испытания и установили солнечные батареи космического корабля, размер которых в развернутом виде равен пяти парковочным местам.
В середине августа началась заправка корабля. Запланирована почти 1 тонна ксенона. Ожидается, что миссия начнется с запуска космического корабля «Психея» 5 октября. Если все пойдет по плану, ракета SpaceX, перевозящая «Психею», может стартовать уже в 10:38 утра.
Пройдя путь в 4 миллиарда километров к астероиду, корабль прибудет к своему пункту назначения в 2026 году. Затем он проведет 26 месяцев на орбите вокруг 16 Психеи с четырех разных высот.
В течение этого периода задействуют набор инструментов для съемки астероида и измерения его гравитации, магнитного поля и электромагнитного излучения. Эти измерения должны помочь NASA определить, является ли он действительно планетным ядром.
«Если у “Психеи” все еще есть какое-то остаточное магнитное поле, это, вероятно, говорит нам о том, что это действительно было ядро», — сказал Генри Стоун, менеджер проекта.
