Engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA trabalharam para integrar os propulsores Hall na espaçonave Psyche da agência em julho de 2021. Um dos propulsores é visível na lateral da espaçonave sob uma capa protetora vermelha. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Propulsores elétricos futuristas emitindo um brilho azul frio guiarão a espaçonave Psyche através do espaço profundo até um asteróide rico em metal.

Quando chega a hora para NASA Psyche nave espacial ‘s para o próprio poder através do espaço profundo, que vai ser mais cérebro do que músculos que faz o trabalho. Outrora matéria de ficção científica, a potência eficiente e silenciosa da propulsão elétrica fornecerá a força que impulsiona a espaçonave Psyche até o cinturão de asteróides principal entre Marte e Júpiter . O alvo do orbitador: um asteróide rico em metal também chamado Psique.

A espaçonave será lançada em agosto de 2022 e percorrerá cerca de 1,5 bilhão de milhas (2,4 bilhões de quilômetros) ao longo de três anos e meio para chegar ao asteróide, que os cientistas acreditam poder ser parte do núcleo de um planetesimal, o bloco de construção de uma rocha primitiva planeta. Uma vez em órbita, a equipe da missão usará a carga de instrumentos científicos para investigar o que esse alvo único pode revelar sobre a formação de planetas rochosos como a Terra.

Uma ilustração que descreve a nave espacial Psyche da NASA, que deve ser lançada no cinturão de asteróides principal em agosto de 2022 para investigar o asteróide Psyche, rico em metal. Crédito: NASA / JPL-Caltech / ASU

A espaçonave contará com os grandes motores de foguete químicos do veículo de lançamento Falcon Heavy para decolar da plataforma de lançamento e escapar da gravidade da Terra. Mas o resto da viagem, uma vez que Psiquê se separe do veículo de lançamento, dependerá da propulsão elétrica solar . Essa forma de propulsão começa com grandes painéis solares que convertem a luz do sol em eletricidade, fornecendo a fonte de energia para os propulsores da espaçonave. Eles são conhecidos como propulsores Hall, e a espaçonave Psyche será a primeira a usá-los além da órbita de nossa lua.

Para o propelente, Psyche carregará tanques cheios de xenônio, o mesmo gás neutro usado em faróis de carros e TVs de plasma . Os quatro propulsores da espaçonave usarão campos eletromagnéticos para acelerar e expelir átomos carregados, ou íons, desse xenônio. À medida que esses íons são expelidos, eles criam um impulso que impele suavemente Psique através do espaço, emitindo raios azuis de xenônio ionizado.

A nave espacial Psyche da NASA é fotografada em julho de 2021 durante a fase de montagem, teste e operações de lançamento da missão no JPL. Os propulsores Hall irão impulsionar a espaçonave até seu alvo no cinturão de asteróides principal. Crédito: NASA / JPL-
Caltech

Na verdade, o impulso é tão suave que exerce aproximadamente a mesma quantidade de pressão que você sentiria segurando três quartos em sua mão. Mas é o suficiente para acelerar Psique através do espaço profundo. Sem resistência atmosférica para contê-la, a espaçonave eventualmente irá acelerar a velocidades de até 200.000 milhas por hora (320.000 quilômetros por hora).

Por serem tão eficientes, os propulsores do Psyche’s Hall podiam operar quase sem parar por anos sem ficar sem combustível. Psiquê carregará 2.030 libras (922 kg) de xenônio em seus tanques; os engenheiros estimam que a missão consumiria cerca de cinco vezes essa quantidade de propelente se tivesse que usar propulsores químicos tradicionais.

“Já no início, quando estávamos projetando a missão pela primeira vez em 2012, estávamos falando sobre a propulsão elétrica solar como parte do plano. Sem ela, não teríamos a missão Psiquê ”, disse Lindy Elkins-Tanton da Arizona State University, que como principal investigadora lidera a missão. “E isso se tornou parte do caráter da missão. É preciso uma equipe especializada para calcular trajetórias e órbitas usando propulsão elétrica solar. ”

Uma manobra suave
Psyche será lançado do histórico Pad 39A no Kennedy Space Center da NASA. O Falcon Heavy colocará a espaçonave em uma trajetória para voar por Marte para uma assistência gravitacional sete meses depois, em maio de 2023. No início de 2026, os propulsores farão o delicado trabalho de colocar a espaçonave em órbita ao redor do asteroide Psique, usando um pouco de balé para voltar à órbita em torno de seu alvo.

Essa tarefa será especialmente complicada por causa de quão pouco os cientistas sabem sobre o asteróide, que aparece como apenas um minúsculo ponto de luz em telescópios. O radar baseado em solo sugere que tem cerca de 140 milhas (226 quilômetros) de largura e formato de batata, o que significa que os cientistas não saberão até que cheguem lá como funciona exatamente o seu campo gravitacional. Enquanto a missão conduz sua investigação científica ao longo de 21 meses, os engenheiros de navegação usarão os propulsores de propulsão elétrica para fazer a espaçonave voar através de uma progressão de órbitas que gradualmente aproximam a espaçonave cada vez mais de Psiquê.

À esquerda, o plasma de xenônio emite um brilho azul de um propulsor Hall elétrico idêntico àqueles que impulsionam a espaçonave Psyche da NASA para o cinturão de asteróides principal. À direita está um propulsor não operacional semelhante. Crédito: NASA / JPL-Caltech

O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, que gerencia a missão, usou um sistema de propulsão semelhante com o Deep Space 1 da agência, que foi lançado em 1998 e passou por um asteróide e um cometa antes do fim da missão em 2001. Em seguida veio Dawn, que usou propulsão elétrica solar para viajar e orbitar o asteróide Vesta e então o protoplaneta Ceres. A primeira espaçonave a orbitar dois alvos extraterrestres, a missão Dawn durou 11 anos, terminando em 2018 quando consumiu o resto do propelente de hidrazina usado para manter sua orientação.

Parceiros na Propulsão
A Maxar Technologies tem usado a propulsão elétrica solar para alimentar satélites de comunicações comerciais por décadas. Mas para Psiquê, eles precisaram adaptar os supereficientes propulsores Hall para voar no espaço profundo, e é aí que os engenheiros do JPL entraram. Ambas as equipes esperam que Psiquê, usando propulsores Hall pela primeira vez além da órbita lunar, ajude a ultrapassar os limites de propulsão elétrica solar.

Um propulsor de efeito Hall de propulsão elétrica solar sendo testado sob condições de vácuo na NASA. Crédito: NASA

“A tecnologia de propulsão elétrica solar oferece a combinação certa de economia de custos, eficiência e energia e pode desempenhar um papel importante no apoio a futuras missões científicas a Marte e além”, disse Steven Scott, gerente do programa Psyche da Maxar.

Junto com o fornecimento dos propulsores, a equipe da Maxar em Palo Alto, Califórnia, foi responsável pela construção do chassi do tamanho de uma van da espaçonave, que abriga o sistema elétrico, os sistemas de propulsão, o sistema térmico e o sistema de orientação e navegação. Quando totalmente montada, Psyche se moverá para a enorme câmara de vácuo térmica do JPL para testes que simulam o ambiente do espaço profundo. Na próxima primavera, a espaçonave será enviada do JPL ao Cabo Canaveral para o lançamento.

Mais sobre a missão

ASU lidera a missão. O JPL é responsável pelo gerenciamento geral da missão, engenharia do sistema, integração e teste e operações da missão. Psique é a 14ª missão selecionada como parte do Programa de Descoberta da NASA.

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