Le vaisseau spatial Psyche de la NASA est photographié en juillet 2021 lors de l'assemblage de la mission, test, et la phase de lancement des opérations au JPL. Des propulseurs à effet Hall propulseront le spececraft vers sa cible dans la ceinture principale d'astéroïdes. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Quand vient le temps pour le vaisseau spatial Psyche de la NASA de se propulser dans l'espace lointain, ce sera plus le cerveau que les muscles qui feront le travail. Autrefois l'étoffe de la science-fiction, la puissance efficace et silencieuse de la propulsion électrique fournira la force qui propulsera le vaisseau spatial Psyche jusqu'à la ceinture principale d'astéroïdes entre Mars et Jupiter. La cible de l'orbiteur :un astéroïde riche en métaux également appelé Psyché.
Le vaisseau spatial sera lancé en août 2022 et parcourra environ 1,5 milliard de miles (2,4 milliards de kilomètres) sur trois ans et demi pour se rendre à l'astéroïde, qui, selon les scientifiques, pourrait faire partie du noyau d'un planétésimal, la pierre angulaire d'une planète rocheuse primitive. Une fois en orbite, l'équipe de la mission utilisera la charge utile des instruments scientifiques pour étudier ce que cette cible unique peut révéler sur la formation de planètes rocheuses comme la Terre.
Le vaisseau spatial s'appuiera sur les gros moteurs de fusée chimiques du lanceur Falcon Heavy pour décoller de la rampe de lancement et échapper à la gravité terrestre. Mais le reste du voyage, une fois que Psyche se sépare du lanceur, s'appuiera sur la propulsion électrique solaire. Cette forme de propulsion commence par de grands panneaux solaires qui convertissent la lumière du soleil en électricité, fournissant la source d'énergie pour les propulseurs de l'engin spatial. Ils sont connus sous le nom de propulseurs Hall, et le vaisseau spatial Psyche sera le premier à les utiliser au-delà de l'orbite de notre lune.
A gauche, Le plasma xénon émet une lueur bleue à partir d'un propulseur électrique à effet Hall identique à ceux qui propulseront le vaisseau spatial Psyche de la NASA vers la ceinture principale d'astéroïdes. Sur la droite se trouve un propulseur similaire non opérationnel. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Pour le propulseur, Psyché portera des réservoirs pleins de xénon, le même gaz neutre utilisé dans les phares des voitures et les téléviseurs à écran plasma. Les quatre propulseurs du vaisseau spatial utiliseront des champs électromagnétiques pour accélérer et expulser des atomes chargés, ou des ions, de ce xénon. Comme ces ions sont expulsés, ils créent une poussée qui propulse doucement Psyché dans l'espace, émettant des faisceaux bleus de xénon ionisé.
En réalité, la poussée est si douce, il exerce à peu près la même pression que vous ressentiriez en tenant les trois quarts dans votre main. Mais c'est suffisant pour accélérer Psyché dans l'espace lointain. Sans traînée atmosphérique pour le retenir, le vaisseau spatial finira par accélérer à des vitesses allant jusqu'à 200, 000 milles à l'heure (320, 000 kilomètres par heure).
Parce qu'ils sont si efficaces, Les propulseurs Hall de Psyché pouvaient fonctionner presque sans arrêt pendant des années sans manquer de carburant. Psyché en portera 2, 030 livres (922 kilogrammes) de xénon dans ses réservoirs ; les ingénieurs estiment que la mission brûlerait environ cinq fois plus de propulseur si elle devait utiliser des propulseurs chimiques traditionnels.
« Même au début, lorsque nous avons conçu la mission pour la première fois en 2012, nous parlions de la propulsion électrique solaire dans le cadre du plan. Sans ça, nous n'aurions pas la mission Psyché, " a déclaré Lindy Elkins-Tanton de l'Arizona State University, qui, en tant que chercheur principal, dirige la mission. "Et cela fait partie du caractère de la mission. Il faut une équipe spécialisée pour calculer les trajectoires et les orbites à l'aide de la propulsion électrique solaire."
Une manœuvre douce
Psyche sera lancé depuis le Pad 39A historique du Kennedy Space Center de la NASA. Le Falcon Heavy placera le vaisseau spatial sur une trajectoire pour voler par Mars pour une assistance gravitationnelle sept mois plus tard, en mai 2023. Début 2026, les propulseurs feront le travail délicat de mettre le vaisseau spatial en orbite autour de l'astéroïde Psyche, en utilisant un peu de ballet pour revenir en orbite autour de sa cible.
Cette tâche sera particulièrement délicate en raison du peu de connaissances scientifiques sur l'astéroïde, qui apparaît comme un petit point de lumière dans les télescopes. Un radar au sol suggère qu'il mesure environ 226 kilomètres de large et a la forme d'une pomme de terre, ce qui signifie que les scientifiques ne sauront pas jusqu'à ce qu'ils y arrivent comment fonctionne exactement son champ de gravité. Alors que la mission mène son enquête scientifique sur 21 mois, les ingénieurs en navigation utiliseront les propulseurs à propulsion électrique pour faire voler le vaisseau spatial à travers une progression d'orbites qui rapprocheront progressivement le vaisseau spatial de Psyché.
Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, qui gère la mission, utilisé un système de propulsion similaire avec le Deep Space 1 de l'agence qui a été lancé en 1998 et a survolé un astéroïde et une comète avant la fin de la mission en 2001. Ensuite est venu Dawn, qui a utilisé la propulsion électrique solaire pour se rendre et orbiter autour de l'astéroïde Vesta, puis de la protoplanète Cérès. Le premier vaisseau spatial à avoir mis en orbite deux cibles extraterrestres, la mission Dawn a duré 11 ans, se terminant en 2018 lorsqu'il a utilisé le dernier propulseur hydrazine utilisé pour maintenir son orientation.
Partenaires en propulsion
Maxar Technologies utilise la propulsion électrique solaire pour alimenter des satellites de communication commerciaux depuis des décennies. Mais pour Psyché, ils avaient besoin d'adapter les propulseurs Hall super efficaces pour voler dans l'espace lointain, et c'est là que les ingénieurs du JPL sont intervenus. Les deux équipes espèrent que Psyché, en utilisant pour la première fois des propulseurs à effet Hall au-delà de l'orbite lunaire, contribuera à repousser les limites de la propulsion électrique solaire.
« La technologie de propulsion électrique solaire offre la bonne combinaison d'économies de coûts, Efficacité, et la puissance et pourraient jouer un rôle important dans le soutien des futures missions scientifiques vers Mars et au-delà, " a déclaré Steven Scott, Responsable du programme Psyché de Maxar.
En plus de fournir les propulseurs, L'équipe de Maxar à Palo Alto, Californie, était responsable de la construction du châssis de la taille d'un fourgon de l'engin spatial, qui abrite le système électrique, les systèmes de propulsion, le système thermique, et le système de guidage et de navigation. Une fois entièrement assemblé, Psyche emménagera dans l'immense chambre à vide thermique du JPL pour des tests simulant l'environnement de l'espace lointain. Au printemps prochain, le vaisseau spatial sera expédié du JPL à Cap Canaveral pour le lancement.
