Psique (nave espacial)

Ilustración artística que representa el asteroide Psyche, rico en metales.

Modelo de la forma del asteroide Psyche, con algunas de las características superficiales observadas indicadas.

La diferenciación es un proceso fundamental en la formación de muchos asteroides y de todos los planetas terrestres , y la exploración directa de su núcleo podría mejorar considerablemente 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 del asteroide 16 Psyche . Se espera que esta misión aumente el conocimiento sobre la formación planetaria y sus interiores.

En concreto, los objetivos científicos de la misión son: ^{[ 36 ]}

• Comprenda un componente fundamental de la formación planetaria hasta ahora inexplorado: los núcleos de hierro.
• Observa el interior de los planetas terrestres, incluida la Tierra, examinando directamente el interior de un cuerpo diferenciado, que de otro modo no podría verse.
• Explora un nuevo tipo de mundo, hecho de metal.

Las preguntas científicas que esta misión pretende abordar son: ^{[ 23 ] [ 36 ]}

• ¿Es 16 Psyche el núcleo despojado de un planetesimal diferenciado , o se formó como un cuerpo rico en hierro? ¿Cuáles eran los componentes básicos de los planetas? ¿Tenían composiciones generales muy diferentes los planetesimales que se formaron cerca del Sol?
• Si Psyche, la número 16, fue despojada de su manto , ¿cuándo y cómo ocurrió eso?
• Si 16 Psyche estuvo alguna vez fundida, ¿se solidificó de adentro hacia afuera o de afuera hacia adentro?
• ¿Produjo el satélite 16 Psyche un dínamo magnético al enfriarse?
• ¿Cuáles son los principales elementos de aleación que coexisten en el hierro metálico del núcleo?
• ¿Cuáles son las características clave de la superficie geológica y la topografía global? ¿El asteroide 16 Psyche se ve radicalmente diferente de los cuerpos rocosos y helados conocidos?
• ¿En qué se diferencian los cráteres en un cuerpo metálico de los que se forman en roca o hielo?

La nave espacial utiliza propulsión iónica . Cuenta con cuatro motores SPT-140, propulsores de efecto Hall que utilizan propulsión eléctrica solar , donde la electricidad generada por paneles solares se transmite a un motor de cohete eléctrico, en lugar de uno de propulsión química. ^{[ 28 ] [ 41 ] [ 42 ]} El propulsor tiene  una potencia nominal de 4,5 kW, ^{[ 43 ]} pero también puede operar durante largos periodos a unos 900 vatios. ^{[ 41 ]} Psyche es la primera misión interplanetaria en utilizar propulsores de efecto Hall, aunque no la primera en utilizar propulsores eléctricos en general. ^{[ 37 ]}

El SPT-140 (SPT significa Propulsor de Plasma Estacionario ) 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 la década de 1980. ^{[ 44 ] [ 45 ]} El propulsor SPT-140 fue probado por primera vez en los EE. UU. en el Laboratorio de Plasmadinámica y Propulsión Eléctrica en 1997, ^{[ 46 ]} y posteriormente como una  unidad de 3,5 kW en 2002 como parte del programa de Tecnología Integrada de Propulsión de Cohetes de Alto Rendimiento de la Fuerza Aérea. ^{[ 43 ] [ 3 ]}

El uso de propulsores eléctricos solares permitirá que la nave espacial llegue a 16 Psyche (ubicada a 3,3 unidades astronómicas de la Tierra) mucho más rápido, consumiendo menos del 10 % del propulsor que necesitaría utilizando propulsión química convencional. ^{[ 47 ]}

La electricidad se generará mediante 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 líneas rectas, con solo cuatro paneles a cada lado de la nave espacial. ^{[ 48 ]}

La nave espacial está probando una tecnología experimental de comunicación láser llamada Comunicaciones Ópticas del Espacio Profundo (DSOC). ^{[ 51 ]} Se espera que el dispositivo aumente el rendimiento y la eficiencia de las comunicaciones de la nave espacial entre 10 y 100 veces en comparación con los medios convencionales. ^{[ 51 ] [ 52 ]} 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. Se han implementado nuevas tecnologías en cada uno de estos elementos. El transceptor está montado en la nave espacial Psyche . La demostración de la tecnología DSOC comenzó poco después del lanzamiento y continuó mientras la nave espacial viajaba desde la Tierra hasta su sobrevuelo asistido por gravedad de Marte en 2026. DSOC ha mostrado sus capacidades al enviar datos a hasta 2 megabits por segundo, desde distancias más allá de la órbita de Marte. ^{[ 53 ]} Las operaciones del DSOC se desarrollaron durante un año después del lanzamiento, con oportunidades de misión extendida en 2025. El telescopio Hale del Observatorio Palomar recibió el enlace descendente de datos de alta velocidad del transceptor de vuelo del DSOC. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

La solicitud del programa Discovery ofreció a los proyectos de misión $30 M adicionales si albergaban y probaban la unidad DSOC de 25 kilogramos (55 lb) , que necesita aproximadamente 75 vatios. ^{[ 56 ]} Se espera que esto lleve a DSOC al nivel 6 de preparación tecnológica . ^{[ 55 ]} Las pruebas del equipo láser se realizaron a distancias de 0,2 a 2,7 unidades astronómicas (UA) en la sonda de salida. ^{[ 57 ]} La primera prueba exitosa del sistema ocurrió el 11 de diciembre de 2023, cuando un video de un gato de un empleado jugando con un puntero láser se transmitió a la Tierra desde una distancia de 31 millones de kilómetros. La señal de video tardó 101 segundos en llegar a la Tierra, enviada 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 descarga de 62,5 Mbit/s, 100 Mbit/s y 267 Mbit/s, 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 Magellan de la NASA a Venus descargó 1,2 terabits durante toda su misión, de 1990 a 1994. ^{[ 49 ]} Durante una prueba el 8 de abril de 2024, la nave espacial transmitió datos a una velocidad máxima de 25 Mbit/s a una distancia de 1,5 UA. Esto superó fácilmente el objetivo del proyecto de demostrar que era posible alcanzar al menos 1 Mbit/s a una distancia de 226 millones de kilómetros (1,51 UA) . ^{[ 58 ]}   

Los resultados iniciales y los planes futuros se publicaron a principios de 2025. Se demostró la transmisión descendente hasta 2,7 UA, con velocidades que dependen de la distancia pero superan los 6,25 Mbit/segundo. Se demostró la transmisión ascendente a una velocidad fija de 1,8 kbit/s en distancias de 0,2 a 3,3 UA. ^{[ 57 ]}

El período de lanzamiento de Psyche se abrió el 5 de octubre de 2023, con ventanas de lanzamiento instantáneas todos los días hasta el 25 de octubre. ^{[ 60 ]} 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, cambiando la fecha de lanzamiento del 5 de octubre al 12 de octubre. ^{[ 61 ]} El lanzamiento se retrasó un día más, hasta el 13 de octubre, debido al mal tiempo. ^{[ 62 ]}

Psyche fue lanzado el 13 de octubre de 2023 a las 14:19 UTC, en un cohete Falcon Heavy desde la plataforma de lanzamiento 39A en el Centro Espacial Kennedy . ^{[ 63 ] [ 17 ] [ 5 ]} Este fue el octavo lanzamiento de Falcon Heavy y el primero para 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, para ser reutilizados en vuelos futuros, incluido el lanzamiento de Europa Clipper en 2024. La etapa central del cohete fue consumida. La nave espacial Psyche fue liberada de la etapa superior del cohete aproximadamente una hora después del despegue. ^{[ 6 ] [ 64 ]} Una señal de onda portadora de la nave espacial fue recibida por los controladores terrestres justo después de la separación, proporcionando información sobre el estado de la nave espacial antes del despliegue de los paneles solares. ^{[ 65 ]} La comunicación completa con la nave espacial se estableció a las 15:50 am UTC. La nave espacial comenzó entonces una fase de puesta en servicio de 100 días, durante la cual se prueban y calibran todos los sistemas e instrumentos. ^{[ 63 ]}

El costo del lanzamiento fue de US$117 millones. ^{[ 7 ]}

El 15 de mayo de 2026, Psyche realizó con éxito una maniobra de asistencia gravitatoria en Marte, pasando a 4609 km (2864 millas) de la superficie del planeta y posicionando la nave espacial para su llegada a 16 Psyche en agosto de 2029. ^{[ 1 ]} El sobrevuelo desplazó el plano orbital de la nave espacial aproximadamente 1 grado con respecto al Sol. Durante el sobrevuelo, los instrumentos a bordo de Psyche se encendieron para su calibración y tomaron imágenes de Marte desde un ángulo de fase elevado. ^{[ 66 ]}  

La secuencia de aproximación comenzará en mayo de 2029, cuando se tomarán las primeras imágenes de navegación y mediciones de 16 Psyche, siendo el asteroide aún de apenas unos píxeles de ancho. La nave espacial utilizará entonces su sistema de propulsión eléctrica para posicionarse y ser capturada por la gravedad del asteroide, lo que se espera que ocurra a finales de julio de 2029. En ese momento, se tomarán las primeras imágenes de cerca de 16 Psyche, donde el asteroide aparecerá con un tamaño aproximado de 500 píxeles de ancho. Durante los siguientes 20 días, la nave espacial maniobrará para entrar en la primera de las cuatro órbitas científicas. ^{[ 60 ]}

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, que se nombran alfabéticamente de la más alta (A) a la más baja (D). En el plan de misión original, la nave espacial avanzaría a través de las órbitas secuencialmente de la más alta a la más baja. ^{[ 37 ]} Tras el retraso del lanzamiento en 2022, el plan de 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 entrará inicialmente en la órbita A, luego descenderá a la órbita B1, después a la órbita D, volverá a la órbita C y, finalmente, se moverá 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. ^{[ 67 ] [ 68 ]}

Su primer régimen, Órbita A , verá a la nave espacial entrar en una órbita de 700 km (430 mi) para caracterizar el campo magnético y realizar un mapeo preliminar durante 56 días. Luego descenderá a la Órbita B , establecida a 303 km (188 mi) 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 mi) y que también está inclinada de manera única para permitir 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 mi) de altitud durante 100 días para realizar investigaciones de gravedad y continuar las observaciones del campo magnético. Finalmente, el orbitador regresará a la órbita B durante 100 días para completar el mapeo de la porción de la superficie del asteroide que permaneció en la oscuridad durante la primera parte de dicha órbita. También continuará obteniendo imágenes y mapeo del campo gravitatorio y magnético. En total, se espera que la misión principal dure 26 meses y finalice en noviembre de 2031. Al término de la misión, la nave espacial quedará en órbita alrededor del asteroide. ^{[ 68 ] [ 60 ] [ 37 ] [ 69 ]}        

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  Plan de misión de Psique
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  Operaciones orbitales de Psique

Animación de la órbita de Psique

Alrededor del Sol

Alrededor de 16 Psyche

  Psique · 16 Psique · Tierra · Marte · Sol            

Los haces láser de la nave espacial serán recibidos por un telescopio terrestre en el Observatorio Palomar en California. ^{[ 55 ]} Los haces láser hacia la nave espacial serán enviados desde un telescopio más pequeño en las instalaciones de Table Mountain del JPL . ^{[ 55 ]}