美国国家航空航天局的Psyche任务将如何探索一个未知的世界

2021年3月，美国国家航空航天局的Psyche飞船绘制了一幅插图，该飞船计划于2022年8月发射到主小行星带，以调查富含金属的小行星Psyche。

美国国家航空航天局的Psyche飞船将于2022年8月发射，并于2026年抵达这颗小行星，它将围绕一个我们几乎无法从地球上精确定位且从未去过的世界运行。

美国国家航空航天局Psyche任务的目标是一个未知的外太空世界。Psyche是一颗富含金属的小行星，也被称为Psyche，位于火星和木星之间的主带。从地球和太空望远镜上看，这颗小行星看起来很模糊。根据雷达数据，科学家们所知道的是，它的形状有点像土豆，而且它是侧着旋转的。

通过分析小行星反射的光线，科学家们推测小行星Psyche的金属含量异常丰富。一种可能的解释是，它在我们太阳系的早期形成，要么是作为星子的核心——一颗行星的一部分——要么是作为从未融化的原始物质。这项任务旨在找出答案，在这个过程中，他们希望帮助回答有关我们太阳系形成的基本问题。

亚利桑那州立大学的林迪•埃尔金斯•坦顿（Lindy Elkins Tanton）是Psyche任务的首席研究员，他说：“如果它是金属核心的一部分，它将是我们太阳系第一代早期核心的一部份。”“但我们真的不知道，在到达那里之前，我们不会确定任何事情。我们想问关于建造行星的材料的主要问题。我们充满了问题，但没有很多答案。这是真正的探索。”

这幅插图展示了美国国家航空航天局的Psyche航天器将如何探索小行星Psyche，从高海拔轨道a开始，在进行科学调查时逐渐下降到轨道D。

埃尔金斯•坦顿领导了一个小组，提出将Psyche作为美国国家航空航天局的探索级任务；它于2017年入选。她说，一个巨大的挑战是选择任务的科学仪器：当你不确定要测量什么，特别是要测量什么时，你如何确保你能获得所需的数据？

例如，为了确定小行星到底是由什么组成的，以及它是否是星子核心的一部分，科学家们需要能够解释一系列可能性的仪器：镍、铁、不同种类的岩石，或者岩石和金属混合在一起。

他们选择了一套有效载荷套件，其中包括一个测量任何磁场的磁力计；用于拍摄和绘制表面地图的成像器；和光谱仪，通过测量表面发射的伽马射线和中子来指示表面是由什么组成的。科学家们继续假设Psyche是由什么构成的，但“没有人能够想出我们现有的科学仪器无法处理的Psyche，”Elkins Tanton说。

这幅插图描绘了140英里宽（226公里宽）的小行星Psyche，它是美国国家航空航天局同名任务的目标。根据从地球上获得的数据，科学家们认为这颗小行星是金属和岩石的混合物。

如何游览未知的世界

但在科学家们将这些仪器投入使用之前，他们需要到达小行星并进入轨道。Psyche于2022年8月从美国国家航空航天局肯尼迪航天中心发射后，将在九个月后驶过火星，利用火星的引力向小行星发射弹弓。总行程约为15亿英里（24亿公里）。

该航天器将于2025年底开始最后一次接近小行星。随着航天器离目标越来越近，任务团队将打开相机，小行星Psyche的视觉将从我们现在所知道的模糊斑点变成高清，首次揭示这个奇怪世界的表面特征。这些图像还将帮助工程师在2026年1月准备滑入轨道时获得方位。航天器的初始轨道设计在一个高、安全的高度——距离小行星表面约435英里（700公里）。

在第一次轨道运行期间，Psyche的任务设计和导航团队将专注于激光测量小行星的重力场，这种力将使航天器保持在轨道上。随着科学任务在不到两年的时间内完成，通过对重力场的了解，该团队可以安全地将航天器导航到离地表越来越近的地方。

Psyche看起来是块状的，从上到下的宽度（173英里，或280公里，最宽处）比它更宽，质量分布不均匀。有些部分可能密度较小，像海绵一样，有些部分可能更紧密，质量更大。Psyche质量更大的部分将具有更高的引力，对航天器施加更强的拉力。

科学家们还没有小行星Psyche的图像；这个交互式版本是基于建模的。要想看看它与其他小行星相比如何，请放大并旋转它。在“太阳系之眼”观看完整的互动体验，并实时跟随任务飞行。来源：美国航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

为了解开重力场之谜，任务小组将使用航天器的电信系统。通过测量航天器和地球周围大型深空网络天线之间来回反弹的X波段无线电波的细微变化，工程师可以精确地确定小行星的质量、重力场、旋转、方向和摆动。

该团队一直在研究各种场景，并设计了数千个“可能的Psyche”——模拟小行星密度和质量以及旋转轴方向的变化——为轨道计划奠定基础。他们可以在计算机模拟中测试他们的模型，但在航天器真正到达之前，无法确定。

在接下来的20个月里，航天器将使用其温和的电力推进系统进入越来越低的轨道。随着航天器越来越近，重力场的测量将变得更加精确，表面的图像将变得更高分辨率，这使团队能够提高对身体的理解。最终，航天器将在离地表约53英里（85公里）的地方建立最终轨道。

这一切都是为了解开这颗独特小行星的谜题：Psyche从哪里来，它是由什么组成的，它告诉我们太阳系的形成是什么？

“人类一直是探索者，”埃尔金斯•坦顿说。“我们总是从我们所在的地方出发，去发现那座山上的东西。我们总是想走得更远；我们总是想想象。这是我们固有的。我们不知道我们会发现什么，我希望我们会完全惊讶。”

更多关于使命

ASU领导Psyche任务。JPL负责任务的总体管理、系统工程、集成和测试以及任务操作。JPL目前正在进行任务阶段，即组装、测试和发射操作。

JPL还提供了一种名为“深空光学通信”的技术演示仪器，该仪器将在Psyche上飞行，以测试未来NASA任务可能使用的高数据率激光通信。

Psyche是美国国家航空航天局“发现计划”的第14次任务。