Scheda di presentazione di Psyche

Nome della missione e badge

La missione prende il nome dall’asteroide che visiterà, 16 Psyche.


Badge della missione.

Obiettivi di missione

Essendo l’asteroide ricco di metalli, si avranno informazioni sull’evoluzione e la nascita dei nuclei di ferro, tipica dei pianeti terrestri.

Dal lato pratico, si cercherà di capire se l’asteroide Psyche sia un nucleo oppure un aggregato di materiali non fusi, stabilire l’età delle regioni della superficie e la loro topografia, capire se anche piccoli corpi celesti possano intrappolare elementi leggeri come accade all’interno della Terra e infine se Psyche si è formato in un ambiente più ossidante o riducente di quello in cui si è formato il nucleo terrestre.

Stato della missione

Al 2020-11-07T23:00:00Z, la missione è nella fase C.

Fasi operative di Psyche

Fase A: concept e sviluppo tecnologico (settembre 2015 - dicembre 2016)

Nel settembre 2015 la missione è stata selezionata per sviluppare un concept study all’interno del programma Discovery di NASA, seguendo il lavoro iniziato nel 2011 dal team con la proposta di missione. Nell’agosto 2016 è stato proposto uno studio di circa 1000 pagine, mentre nel novembre 2016 il team ha presentato la missione a 30 revisori di NASA. La conferma della decisione di NASA è arrivata il 2017-01-03T23:00:00Z.

Fase B: design preliminare della sonda e degli strumenti (gennaio 2017 - maggio 2019)

Nel marzo 2019 il team ha completato la Preliminary Design Review, mentre nel maggio 2019 è stato raggiunto il Key Decision Point C, che ha permesso di passare alla fase successiva.

Fase C: design finale e fabbricazione, assemblaggio e test dei sottosistemi (maggio 2019 - gennaio 2021)

Inizia la fase di costruzione degli strumenti e nel maggio 2020 è stato completato il corpo principale della sonda. Nel gennaio 2021 ci sarà la System Integration Review, per assicurarsi che tutti i sistemi siano pronti per esser integrati. L’ultimo passaggio è il Key Decision Point D, che marcherà la fine della fase C.

Fase D: assemblaggio, integrazione e lancio (gennaio 2021 - settembre 2022)

Tutti i sottosistemi verranno integrati nel corpo principale, mentre la sonda verrà sottoposta a test vibrazionali, ambientali e di resistenza ad impulsi elettromagnetici. Nel maggio 2022 ci sarà l’Operations Readiness Review per verificare che tutti i sistemi, le procedure, i software e il personale siano pronti e operativi. Prima del lancio, il team procederà al Key Decision Point E, che stabilirà la possibilità di iniziare le operazioni post lancio.

Fase E: fase di volo e mantenimento della sonda (ottobre 2022 - ottobre 2027)

Nel maggio 2023 Psyche incontrerà Marte, effettuando un gravity assist per arrivare in orbita dell’asteroide. Nel gennaio 2026 La sonda trascorrerà 100 giorni nella fase di approccio, misurando l’asse di rotazione e il periodo, mentre la durata della missione durerà 21 mesi (da gennaio 2026 ad ottobre 2027), sfruttando 4 orbite, una più ravvicinata all’asteroide dell’altra.

Fase F: conclusione (novembre 2027 - agosto 2028)

Una volta trascorsi i 21 mesi di missione, il team decomissionerà la sonda, non prima di essersi assicurato che tutti i dati siano stati scaricati.

Profilo di missione

Il lancio avverrà non prima di agosto 2022, (il countdown sul sito ufficiale è fissato al 2022-08-22T21:00:00Z) indicativamente, a bordo di un Falcon Heavy di SpaceX dal pad 39A di Cape Canaveral. Assieme a Psyche voleranno anche le due sonde gemelle Janus.

Nel maggio 2023 riceverà un gravity assist da parte di Marte, arrivando all’obiettivo nel gennaio 2026.


Profilo di missione semplificato.
La sonda utilizzerà un sistema di propulsione elettrica, ottimizzando l’uso di carburante e sfruttando l’energia solare per accelerare ed espellere atomi di xeno, di fatto diventando la prima dimostrazione dell’effetto Hall oltre l’orbita lunare. Verranno utilizzati circa 922 chilogrammi (7.022,46 moli) di xeno per percorrere 2409 miliardi di chilometri per raggiungere l’obiettivo, utilizzando 1,76*1018 atomi di xeno per chilometro. Ogni motore ha una spinta massima di 270 mN.


Profilo di missione. Le parti di traiettoria evidenziate in grigio scuro rappresentano una potenza dei thruster superiore al 90%.

Una volta arrivata a Psyche, la sonda sfrutterà quattro orbite per raggiungere altrettanti scopi diversi

Nome orbita Scopo Durata
(giorni)
Numero di orbite
A Caraterizzazione 56 41
B Topografia 80 169
C Scienza gravitazionale 100 362
D Mappatura degli elementi 100 684


Le 4 orbite che verranno sfruttate da Psyche.

Dimensioni della sonda

Le dimensioni del corpo della sonda sono 3,1 metri in lunghezza e 2,4 in larghezza; comprendendo anche i pannelli solari si raggiungono i 24,76 metri in lunghezza per 7,34 in larghezza.

Per dare un paragone, con i pannelli solari la larghezza è quella di un campo da tennis, mentre il solo corpo principale è come una Smart.

Psyche con i pannelli solari aperti e un campo da tennis
Psyche con i pannelli solari aperti e un campo da tennis.

Il corpo principale di Psyche confrontato con una Smart
Il corpo principale di Psyche confrontato con una Smart.

Descrizione degli strumenti a bordo

Psyche a bordo avrà un imager multispettrale, uno spettrometro di raggi gamma e neutroni e un magnetometro. Effettuerà anche ricerche in ambito radio.

  • Imager multispettrale (MI): fornirà immagini ad alta risoluzione, utilizzando dei filtri per distinguere i costituenti metallici e silicati di Psyche. Lo strumento consiste in due fotocamere identiche, progettate per acquisire dati geologici, di composizione e topografici; la seconda fotocamera è per dare ridondanza.

  • Spettrometro di raggi gamma e neutroni: permetterà di individuare, misurare e mappare la composizione di Psyche. Lo strumento è montato su un braccio di 2 metri per distanziare i sensori dalla radiazione di fondo creata dalle particelle energetiche che interagiscono con il veicolo spaziale e per fornire un campo visivo senza ostacoli.

  • Magnetometro: deputato a misurare il campo magnetico residuo, è composto da due sensori identici ad alta intensità posti alla metà e alla fine del braccio.

  • Radio science: i sistemi per le telecomunicazioni in banda X saranno sfruttati per misurare il campo gravitazionale di Psyche ad altissima precisione, che uniti ai dati topografici, forniranno informazioni sulla struttura interna dell’asteroide.

  • Deep Space Optical Comunications (DSOC): verrà anche testato un sistema di comunicazione laser che codificherà in fotoni, anziché in onde radio, i dati da trasmettere. Questa soluzione permetterà di trasmettere più dati nello stesso intervallo di tempo.

Si prevede che la missione genererà 620 gigabyte di dati da spedire al Planetary Data System (PDS). A questi, andranno aggiunti 450 GB per dati in formato raw e telemetria e 2.480 GB per versioni multiple dei dati PDS. In totale serviranno 3550 GB per supportare la missione, tutti in formato consono agli standard del PDS.

Organizzazione degli strumenti nel corpo di Psyche
Organizzazione degli strumenti nel corpo di Psyche.

Esperimenti in programma

Uno degli esperimenti in programma prevede di stabilire se Psyche sia effettivamente un nucleo di un proto pianeta: ci saranno sei misurazioni, utilizzando tutti gli strumenti. Il diagramma è chiamato STM, Science Traceability Matrix.


“Emoji” per come si potrebbe presentare Psyche e i piani per le misure. (IFF significa se e solo se).

Di seguito la spiegazione dei simboli:

  • : se Psyche ha un residuo di campo magnetico, significa che è stato prodotto dalla dinamo interna del nucleo. Le emoji rappresentano un dipolo, che non potrebbe esistere oggi, un campo complesso e nessun campo.
  • Esistenza di materiali rocciosi in superficie: se tutte le rocce appariranno vicine e mischiate al di sotto della risoluzione massima, allora Psyche potrebbe essere un corpo primitivo che non si è mai fuso, e quindi non un nucleo. Se le rocce si trovassero in aree estese, potrebbero essere frammenti di lastre del mantello di Psyche o frutto di impatti successivi.
  • Campo gravitazionale: il campo gravitazionale non aiuterà a capire la natura dell’asteroide, ma servirà per interpretare altri dati.
  • Materiale del mantello: se le rocce fossero distribuite in grandi aree, allora potrebbero essere o materiali primitivi da impatti successivi o materiali del mantello, in particolare condriti. Se questa ipotesi fosse confermata, potrebbe essere stabilita la natura di nucleo dell’asteroide.
  • Zolfo e potassio: nonostante sia solo una teoria, ci potrebbero essere emissioni di zolfo e potassio, espulsi dal nucleo in raffreddamento.
  • Contenuto di nickel: se Psyche è un nucleo che si è solidificato dall’esterno verso l’interno, i primi solidi che si formano sono sulla superficie e avranno il contenuto di nichel più basso. Un contenuto medio indica una normale formazione, che potrebbe solidificarsi dall’interno verso l’esterno e lasciare un contenuto di nichel più elevato sulla superficie. Un contenuto di nichel molto basso, tuttavia, significa che Psyche si è formata a livelli di ossidazione inferiori a quelli ancora misurati, ed è probabilmente un materiale primitivo.

In base ai dati ottenuti, il team ha individuato le dieci caratteristiche possibili e immaginato che conclusioni si sarebbero potute trarre se fosse stato possibile fare due misurazioni. I casi A, B, C, D ed E sono inconcludenti e verranno spiegati dopo.

Casi inconcludenti

Caso Descrizione Indicatori Nucleo o meno stabilito da
A Ampie zone con condriti
Nessun campo magnetico
6
8, 9, 10
Vulcanesimo da zolfo debole
Presenza di nickel
B Ampie zone con condriti
Silicio e metalli mischiati
6
1, 2
Vulcanesimo da zolfo debole
Campo magnetico
C Nessun vulcanesimo da zolfo
Nessun campo magnetico
5
8, 9, 10
Ampie zone di condriti
Presenza di nickel
D Nessun vulcanesimo da zolfo
Silicio e metalli mischiati
1, 2
8, 9, 10
Campo magnetico
Presenza di nickel
E Nessun vulcanesimo da zolfo
Ampie zone con condriti
1, 2
8, 9, 10
Campo magnetico
Presenza di nickel

Il team è fiducioso che tre misurazioni possano risolvere il dubbio, nel caso in cui ci si ritrovi nello scenario indicato dalle lettere.

Costo della missione

Il costo totale della missione è 996,4 milioni di dollari, che includono lo sviluppo della missione, le operazioni e la parte scientifica, ma non i costi di lancio e l’hardware e le operazioni del DSOC. I costi sono riportati come 170,8 milioni di dollari per le operazioni, 681,9 milioni in operazioni e 143,7 milioni in formulazione.

I costi per il lancio, invece, sono circa 117 milioni di dollari, inclusivi anche di alcuni annessi alla missione.

Corpi celesti da visitare

Psyche, come è già stato scritto, orbiterà intorno all’omonimo asteroide. Il numero che precede il nome indica l’ordine della scoperta, avvenuta nel 1852 dall’astronomo italiano Annibale de Gasparis, che lo ha dedicato alla dea greca dell’anima. Orbita ad una distanza di 3 UA e combinando osservazioni radar e ottiche, si è riusciti ad individuare due depressioni simili a due crateri.

Psyche è di interesse per l’elevata presenza di metalli nella sua composizione.

Caratteristica Valore
Dimensioni 279x232x189 km
Diametro 226 km
Densità 3.400÷4.100 kg/m3
Superficie 641.800 km2

Per dare un paragone con la realtà, il diametro è circa pari alla lunghezza del Massachusetts, mentre per superficie è poco più grande del Texas e poco più grande della California.

L’ipotesi sulla nascita di Psyche, che dovrà essere confermata da parte del team della missione, parla di una separazione interna di un proto pianeta nel nucleo ferroso e nel mantello roccioso a causa di un impatto. Un’altra relativa a processi non ancora noti.


Video sulla formazione di Psyche.

Scelte ingegneristiche

Il team di Psyche registra molti parametri in ingresso e uscita, per essere sicuri di rimanere all’interno dei margini previsti dalle analisi. Le registrazioni riguardano la velocità di downlink e lo stato della memoria interna (per essere sicuri di trasmettere e salvare i dati scientifici), il numero di cicli dei meccanismi a bordo (per assicurare che non si superino i limiti di qualifica) e il numero di porte libere su alcuni hardware.

La scelta della propulsione elettrica ha permesso al team di poter legare i due principali attori delle sonde spaziali: massa e potenza. Con le normali propulsioni chimiche, le due erano poco legate, in quanto la potenza necessaria per aprire le valvole è di pochi watt, mentre la durata dell’accensione dei propulsori di qualche secondo o minuto. Con la propulsione elettrica, invece, la massa di propellente si riduce, ma si instaura anche il legame tra potenza (fornita dai pannelli solari, in questo caso) e la massa.

Sviluppo e gestione della missione

La missione è gestita dall’Arizona State University, mentre il Jet Propulsion Laboratory (JPL) è responsabile della gestione della missione, delle operazioni e della navigazione. Il telaio della propulsione elettrica e gli strumenti sono costruiti dalla Maxar Technologies.


Molto consigliato il blog, tenuto dai membri del team, in cui vengono spiegati alcuni retroscena e scelte per la missione.
Fonte: NASA - Psyche Mission Official Site.
Fonte: GAO - Pagina 85.
Fonte: NASA - NASA awards SpaceX for Psyche mission.
Crediti per le foto: NASA.

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