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Psyche (Raumsonde)

Raumsonde zum Asteroiden (16) Psyche

Psyche ist eine Raumsonde der NASA, die den Asteroiden (16) Psyche erforschen und dabei helfen soll, den Ursprung von Planetenkernen besser zu verstehen.[4] Sie wurde am 13. Oktober 2023 gestartet und soll nach einer Strecke von rund 3,5 Milliarden Kilometern im August 2029 bei Psyche ankommen.[5]

Psyche (Raumsonde)

Zeichnung der Sonde
NSSDC ID 2023-157A
Missions­ziel Asteroid (16) PsycheVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Betreiber National Aeronautics and Space Administration NASAVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Betreiber
Hersteller Vereinigte StaatenVereinigte Staaten Maxar Technologies[1]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Hersteller
Träger­rakete Falcon HeavyVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Startmasse ≤ 2747 kg[2]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente

Multispektralkamera, Magnetometer, Gamma- und Neutronenspektrometer

Verlauf der Mission
Startdatum 13. Oktober 2023, 14:19 UTCVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe Kennedy Space Center, LC-39AVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Verlauf
 
 13. Okt. 2023 Start
 
 4. Dez. 2023 Erstes Licht[3]
 
 Mai 2026 Swing-by am Mars
 
 August 2029 Ankunft bei (16) Psyche
 
Logo der Mission
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Logo

Missionsziele

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(16) Psyche ist der schwerste bekannte Asteroid vom Typ M.[6] Er befindet sich im Hauptgürtel auf einer elliptischen Bahn in einer Entfernung von 2,5 (Perihel) bis 3,3 (Aphel) astronomischen Einheiten. Er könnte der freiliegende Eisenkern eines Protoplaneten sein, der durch die Kollision mit einem anderen Objekt seinen äußeren Mantel verlor. Radarbeobachtungen von der Erde zeigen eine Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche aus Eisen und Nickel.[7] Ein fundamentaler Prozess bei der Bildung vieler Asteroiden und aller erdähnlichen Planeten ist die Differenzierung (Entmischung der Bestandteile nach Dichte). Die direkte Erkundung dieses mutmaßlichen Kleinplanetenkerns könnte zum Verständnis dieses Vorgangs beitragen. Die Psyche-Mission soll die Geologie, Form, elementare Zusammensetzung, Magnetfeld und Massenverteilung des Asteroiden charakterisieren. Dies könnte das Verständnis der Planetenentstehung und des Inneren von Planeten vertiefen. Die wissenschaftlichen Fragestellungen der Mission sind:[6]

  1. Ist Psyche der nackte Kern eines differenzierten Planetesimals, oder entstand sie als ein eisenreicher Himmelskörper? Was waren die Bausteine von Planeten? Hatten Planetesimale, die näher an der Sonne entstanden, deutlich verschiedene Zusammensetzung?
  2. Falls Psyche ihren Mantel verlor, wann und wie geschah das?
  3. Falls Psyche einst geschmolzen war, erstarrte sie von innen nach außen oder von außen nach innen?
  4. Hatte Psyche einen magnetischen Dynamo, als sie abkühlte?
  5. Was sind die wichtigsten Legierungselemente, aus denen der Asteroid besteht?
  6. Was sind die wichtigsten Charakteristiken seiner geologischen Oberfläche und Topographie? Sieht Psyche radikal verschieden zu bekannten eisigen und steinigen Himmelskörpern aus?
  7. Inwiefern sind Einschlagkrater auf Metall verschieden von solchen auf Fels oder Eis?

Technischer Aufbau

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SPT-140-Ionenantrieb

Die Sonde besitzt einen solar-elektrischen Antrieb: Ein Halltriebwerk des Typs SPT-140 (Stationary Plasma Thruster 140) wird von Solarmodulen mit Strom versorgt.[8] Zur Untersuchung des Asteroiden ist sie mit einer Multispektralkamera, einem Magnetometer und einem Gamma- Neutronenspektrometer bestückt.[9] Die Kamera beruht auf der Technik, die bereits bei dem NASA-Mars-Rover Curiosity zum Einsatz kommt.[10] Ein Radio-Schwerkraftexperiment ohne eigene Hardware soll die Antennen der Kommunikationsanlage für Dopplermessungen nutzen.[9]

An Bord von Psyche ist auch ein Experiment für die laseroptische Kommunikationstechnologie Deep Space Optical Communications (DSOC), die einer 10- bis 100-fachen Bandbreite gegenüber Radiokommunikation ermöglichen soll.[11] Die maximale Datenrate beträgt 267 Mbit/s.[12] Das Radioteleskop „DSS 23“ mit Spiegel für den optischen Bereich zur Laserkommunikation wird dafür in Goldstone gebaut und soll 2024 fertig werden. DSOC könnte bei zukünftigen Raumsonden und bei bemannten Marsmissionen zum Einsatz kommen.[13]

Planung und Start

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Lindy Elkins-Tanton von der Arizona State University in Tempe ist Principal Investigator der Mission und schlug sie für das Discovery-Programm der NASA vor. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA leitet das Projekt. Am 4. Januar 2017 wurde die Psyche-Mission gemeinsam mit der Lucy-Mission als Teil des Discovery Programs ausgewählt.[14] Die Sonde sollte vom NASA JPL in Zusammenarbeit mit Space Systems/Loral und Arizona State University gebaut werden.[15]

Als Trägerrakete für den Start der Sonde wurde anfangs eine Falcon 9 von SpaceX in Betracht gezogen.[16] Die NASA wählte dann die leistungsfähigere Schwerlastrakete Falcon Heavy. Der Preis für den Raketenstart wurde mit 117 Mio. US-Dollar angegeben.[17] Im Mai 2017 zog die NASA den Start um vier Jahre auf Sommer 2022 vor, was eine verbesserte Trajektorie und eine um 4 Jahre frühere Ankunft ermöglichen sollte.[18][19] Im Juni 2022 wurde der Start jedoch wegen Problemen mit der Flugsoftware der Sonde für unbestimmte Zeit verschoben.[20] Die Mission startete schließlich am 13. Oktober 2023 um 14:19 Uhr UTC vom NASA-Weltraumbahnhof Kennedy Space Center.[5]

Missionsverlauf

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Zur Erprobung der DSOC-Technologie wurde im Dezember 2023 ein hoch aufgelöstes Katzenvideo übertragen.[13] Es war das erste Mal, dass Laserkommunikation im interplanetaren Raum eingesetzt wurde. Als Empfänger diente das 5-Meter-Hale-Teleskop am Palomar-Observatorium am Caltech in San Diego County, Kalifornien. Aus einer Entfernung von 31 Millionen Kilometern von der Erde wurde die maximale Datenrate von 267 Mbit/s erreicht, die Sendedauer war 0,58 Sekunden, eine Übertragung über den Radiosender hätte bei 360 kbit/s Übertragungsrate 426 Sekunden gedauert.[21] Im April 2024 wurde mit DSOC über 226 Millionen Kilometer Entfernung (ca. 1,5 AE) eine Datenrate von 25 Mbit/s erreicht, gefordert waren mindestens 1 Mbit/s.[22] Die Laserstrahlen im nahen Infrarot benötigten dabei fast 13 Minuten für den Weg von der Sonde zur Erde.[12] Es wurde auch untersucht, ob die gleichzeitige Kommunikation mit Radiowellen und Infrarot-Laser sich beeinflussen.

Für den Einsatz dieser Technologie wurde vom Table Mountain Observatory der NASA bei Wrightwood, Kalifornien (Standort) ein 160-Watt-Laserstrahl durch ein 1-Meter-Teleskop ausgestrahlt, der von der Sonde empfangen und zur Ausrichtung von deren Laser auf das Palomar-Observatorium genutzt wurde. Die maximale Sendeleistung des Transceivers von Psyche beträgt 4 Watt.[21]

Gestrichene Sekundärnutzlasten

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Zusammen mit Psyche sollten als Sekundärnutzlast auch zwei Marssonden der NASA-Mission EscaPADE gestartet werden.[16] Dieses Ziel wurde 2020 nach der Änderung der Flugbahn der Psyche-Mission aufgegeben.[16] Nach der Absage des Psyche-Starts im Jahr 2022 wurde auch der Mittransport von Janus gestrichen, zweier Kleinsonden zur Untersuchung der Doppelasteroiden (35107) 1991 VH und (175706) 1996 FG3.[23][24]

Galerie

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Commons: Psyche (Raumsonde) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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    Ein auf Lichtkurvendaten basierendes 3-D-Modell des Asteroiden (16) Psyche
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    Schema der Architektur für den Deep-Space Optical-Communications-Prototyp
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    Psyche bei Startvorbereitungen
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    Missionsplan der NASA zur Raumfahrt der Psyche-Sonde

Alle Bilder sind in englischer Sprache beschriftet.

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Commons: Psyche (Raumsonde) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ Psyche. JPL, abgerufen am 31. Dezember 2020.
  2. ↑ Psyche Quick Facts. Jet Propulsion Laboratory, abgerufen am 14. Oktober 2023 (englisch).
  3. ↑ NASA’s Psyche captures its “first light,” continues testing other instruments. Nasaspaceflight, 9. Dezember 2023.
  4. ↑ Kenneth Chang: A Metal Ball the Size of Massachusetts That NASA Wants to Explore In: The New York Times, 6. Januar 2017. Abgerufen am 7. Januar 2017 (englisch). 
  5. ↑ a b SpaceX Falcon Heavy rocket launches NASA's Psyche probe to bizarre metal asteroid (video). Space.com, 13. Oktober 2023.
  6. ↑ a b L. T. Elkins-Tanton, E. Asphaug, J. Bell, D. Bercovici, B. G. Bills, Richard P. Binzel, William F. Bottke, I. Jun, S. Marchi, D. Oh, C. A. Polanskey, B. P. Weiss, D. Wenkert, M. T. Zuber: Journey to a Metal World. Concept for a Discovery Mission to Psyche. In: LPI Contribution. Nr. 1777, März 2014, S. 1253, bibcode:2014LPI....45.1253E (hou.usra.edu [PDF; abgerufen am 11. November 2016] 45th Lunar and Planetary Science Conference).
  7. ↑ Michael K. Shepard: Radar observations and shape model of asteroid 16 Psyche. In: Icarus. 281. Jahrgang, 1. Januar 2017, S. 388–403, doi:10.1016/j.icarus.2016.08.011, bibcode:2017Icar..281..388S (englisch).
  8. ↑ NASA Glenn Tests Thruster Bound for Metal World. NASA, 28. September 2017, abgerufen am 1. August 2018.
  9. ↑ a b Psyche Spacecraft. NASA, abgerufen am 13. Oktober 2023.
  10. ↑ Psyche mission clears review. 15. Juni 2019, abgerufen am 8. Dezember 2021 (amerikanisches Englisch).
  11. ↑ Leonard David: Deep Space Communications via Faraway Photons. NASA @Jet Propulsion Laboratory, 18. Oktober 2017, abgerufen am 6. Dezember 2017 (englisch).
  12. ↑ a b Martin Holland: NASA-Sonde Psyche: Laser-Kommunikation über 226 Millionen Kilometer erfolgreich. In: Heise online. 26. April 2024. Abgerufen am 28. April 2024.
  13. ↑ a b Ian O’Neill: NASA’s Tech Demo Streams First Video From Deep Space via Laser. NASA @Jet Propulsion Laboratory, 18. Dezember 2023, abgerufen am 20. Dezember 2023 (englisch).
  14. ↑ Loren Grush: In the 2020s NASA will launch spacecraft to study Jupiter's asteroids, and another made of metal. 4. Januar 2017, abgerufen am 22. Januar 2017.
  15. ↑ Wendy Lewis: SSL Is JPL Industrial Partner For NASA Asteroid Exploration Mission opportunity In: SSL News, 26. Oktober 2015. Abgerufen am 4. Januar 2017 (englisch). 
  16. ↑ a b c Mars smallsat mission bumped from launch. 18. September 2020, abgerufen am 8. Dezember 2021 (amerikanisches Englisch).
  17. ↑ SpaceX to launch NASA astrophysics mission. 5. Februar 2021, abgerufen am 8. Dezember 2021 (amerikanisches Englisch).
  18. ↑ Martin Perez: NASA Moves Up Launch of Psyche Mission to a Metal Asteroid. 24. Mai 2017, abgerufen am 25. Mai 2017.
  19. ↑ Eric Hand: Venus and a bizarre metal asteroid are leading destinations for low-cost NASA missions In: Science Insider, 20. September 2015. Abgerufen am 25. Mai 2017 (englisch). 
  20. ↑ NASA’s Psyche mission launch on hold indefinitely pending reevaluation. Ars Technica, 24. Juni 2022.
  21. ↑ a b The NASA Cat Video Explained - Teachable Moments. Abgerufen am 28. April 2024.
  22. ↑ NASA’s Optical Comms Demo Transmits Data Over 140 Million Miles - NASA. 25. April 2024, abgerufen am 28. April 2024 (amerikanisches Englisch).
  23. ↑ Samantha Mathewson: NASA picks SpaceX Falcon Heavy to launch Psyche mission to metal asteroid in 2022. 2. März 2020, abgerufen am 22. Juni 2020 (Anders als ursprünglich geplant starten die Escapade-Sonden separat, siehe NSSDCA-Eintrag.).
  24. ↑ Janus Mission Removed from 2023 Psyche Launch Manifest – Janus. In: blogs.nasa.gov. Abgerufen am 20. November 2022 (amerikanisches Englisch).
Raumsonden zu Kometen und Asteroiden
Gestartete Missionen:

ISEE-3/ICE (1978) | Vega (1984) | Sakigake (1985) | Giotto (1985) | Suisei (1985) | Galileo (1989) | Clementine (1994) | NEAR (1996) | Deep Space 1 (1998) | Stardust (1999) | Contour (2002) | Hayabusa (2003) | Rosetta (2004) | Deep Impact (2005) | New Horizons (2006) | Dawn (2007) | Chang’e 2 (2010) | Hayabusa 2 (2014) | Osiris-Rex (2016) | Lucy (2021) | DART (2021) | Near-Earth Asteroid Scout (2022) | Psyche (2023) | Hera (2024)

Kursiv geschriebene Missionen sind aktiv.

Geplante Missionen:

Odin (2025) | Destiny Plus (2025) | Tianwen-2 (2025) | Comet Interceptor (2029)

Gestrichene Missionen:

NEAP | Don Quijote | New Asteroid Initiative

Überblick: Chronologie der Raumsonden zu Kometen und Asteroiden
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