חללית של נאס"א יצאה למשימה לחקור את האסטרואיד המעניין פסיכה 16, שנמצא בחגורת האסטרואידים בין מאדים לצדק. האסטרואיד מיוחד בכך שהוא עשוי בעיקר ממתכות כמו ברזל וניקל, בדומה להרכב הליבה של כדור הארץ. המשימה הכוללת טכנולוגיות חדשניות תספק תובנות חדשות על תהליכי היווצרות כוכבי הלכת ותסייע להבין טוב יותר את מבנה הליבות הפלנטריות.

כל משימה בחלל היא קשה, אבל משימות לחקר אסטרואידים קשות במיוחד. אסטרואיד הוא גוף שמימי קטן יחסית, שמסתובב סביב השמש במסלול אליפטי. רוב האסטרואידים נמצאים בחגורת האסטרואידים הראשית בין המסלולים של כוכבי הלכת מאדים וצדק. קשה מאוד להגיע לאסטרואידים וההתנהלות בסביבתם היא אתגר הנדסי מורכב, אך לשמחתנו התבצעו בתקופה האחרונה מספר משימות שונות. 

האסטרואיד פסיכה 16 (בלטינית Psyche) התגלה בשנת 1852 ונקרא על שם פסיכה מהמיתולוגיה הרומית, הנערה היפה שעוררה את קנאתה של ונוס ועל שמה נקרא תחום הפסיכולוגיה. המספר 16 ניתן לו משום שהיה האסטרואיד ה-16 שהתגלה במערכת השמש. בשונה מאסטרואידים רבים, אשר מורכבים בעיקר מסלעים או מקרחונים, פסיכה 16 עשוי כמעט לגמרי מיסודות מתכתיים (במיוחד ברזל וניקל). החללית (כמו גם המשימה) קרויה פסיכה, והיא תהיה הראשונה שתחקור אסטרואיד מיוחד מסוג זה. החללית שוגרה באוקטובר 2023 ותגיע אליו באוגוסט 2029. היא מונעת בעזרת מנוע יונים ותשתמש במקלעת כבידתית סביב מאדים כדי להגיע אליו. בנוסף, לראשונה ייעשה שימוש בטכנולוגיית תקשורת מבוססת לייזר למרחק כזה. מה גיבוב המילים הזה אומר בעצם? [1, 2]

שיגור החללית באוקטובר 2023. תמונה באדיבות נאס"א

ב״מקלעת כבידתית״ הכוונה לתמרון בחלל שנעזר בכבידה של כוכבי לכת כדי להאיץ (או להאט), וכך, באמצעות שימוש בכוח הכבידה של מאדים החללית תאיץ את עצמה לכיוון האסטרואיד (כתבנו על כך בהרחבה [3]). החללית מונעת בעזרת מנוע יונים (Ion thruster), אבל אין קשר לציפורים. עקרון הפעולה שלו הוא מנוע־דחף חשמלי המייצר דחף בעוצמה נמוכה לפרקי זמן ארוכים. איך הוא עובד? המנוע מיינן גז ניטרלי (כמו קסנון או ארגון), כלומר מוציא אלקטרונים מהאטומים והופך אותם לטעונים במטען חשמלי חיובי. אז הוא משתמש בשדה חשמלי חזק כדי להאיץ אותם ולפלוט אותם אחורה, וכך לדחוף את החללית קדימה. מה היתרון שלו? הוא מייצר ביעילות דחף איטי מאנרגיה חשמלית שאפשר להשיג מהפנלים הסולאריים שנמצאים על החללית במקום מאנרגיה כימית (שריפה של דלק), וזה מתאים לפרקי זמן ארוכים מאוד, כמו המשימה שלנו [4]. אה, וזה גם היה המנוע של החללית של "הטובים" בסרט מלחמת הכוכבים, ובעצם שני מנועים: "TIE fighter" כש-TIE זה ראשי תיבות של Twin Ionic Engines. הם נראים קצת שונה ממנוע יונים במציאות.

נעבור לתקשורת מבוססת לייזר (Deep Space Optical Communications - DSOC). במקום להשתמש לדוגמה בתקשורת מבוססת גלי רדיו שנשלחים לכל החלל, משתמשים בספקטרום תדרים אחר של הקרינה האלקטרומגנטית, ושולחים את הגלים האלו במדויק מהחללית לתחנת השידור ולהפך, ממש כמו הלייזרים שאתם מכירים ש"יורים" את הקרן בצורה ממוקדת, רק בתדרים בלתי נראים ורחוק בהרבה. ככה אפשר להעביר נתונים רבים יותר בפחות אנרגיה. מדוע זה חשוב? משימות החלל מעבירות כמויות עצומות של נתונים מדעיים, כולל תמונות וסרטונים בחדות גבוהה, מה שדורש הגדלה משמעותית של רוחב הפס הנדרש, בדומה לסיבים אופטיים המחליפים חוטי טלפון ישנים על פני כדור הארץ. ככל שהביקוש לנתונים גדל, מעבר מתקשורת רדיו לתקשורת מבוססת לייזר תאפשר קצבי נתונים מוגברים שיגיעו אל כדור הארץ.

על פי החישובים, הקיבולת של תקשורת מבוססת לייזר אמורה להיות גדולה פי 10 עד 100 מזו של מערכות רדיו המשמשות חלליות כיום. למעשה, משימתה של פסיכה, נוסף על מטרתה המקורית, היא לבצע את ניסוי התקשורת האופטית הראשון בחלל העמוק של נאס"א (בעבר בוצע נסיון תקשורת בין כדור הארץ לירח בלבד) [5, 6].

אבל למה שנרצה בעצם להגיע לפסיכה 16 ספציפית? כמו כל משימת אסטרואיד, גם משימת פסיכה תעמיק את הידע המדעי בכלל ואת ההבנה של תהליך היווצרות גורמי מערכת השמש ושל הרכבם הפנימי בפרט. אסטרואיד מתכתי כמו פסיכה 16 דומה בהרכבו להרכב של ליבת הכדור שלנו, לכן יכול להיות שהוא חלק מכוכב לכת קדום (המכונה ״קדם כוכב לכת״). אחת הסברות היא שהתנגשות חזקה פירקה לחתיכות את ״קדם כוכב הלכת״. מכאן שחקירה שלו מקבילה לחקירה ישירה של ליבת כדור הארץ, וזה בעצם כמו לשלוח חללית למעמקי כדור הארץ. חלק חשוב ממשימותיה של החללית יכלול סריקות של האסטרואיד לאיתור רמזים שתומכים בסברה הזו או שוללים אותה. 

אחרי שהחללית תיכנס למסלול סביב האסטרואיד היא תאפיין פרמטרים שלו, כמו צורה, מבנה, הרכב, שדה מגנטי והתפלגות המסה שלו. מתוכננים ארבעה מסלולי הקפה עיקריים בגבהים שונים, מגובה של 700 קילומטרים ועד להקפה נמוכה של 75 קילומטרים מעל פני האסטרואיד. במהלך ההקפות שתי מצלמות ברזולוציה גבוהה וספקטרומטר לקביעת הרכב האסטרואיד יתעדו אותו, ומגנומטר יסייע לבדוק את עוצמת השדה המגנטי של האסטרואידי, אם קיים. פרט לאלה, מתוכננת מדידה של שדה הכבידה של האסטרואיד באמצעות מערכת המאפשרת לחוקרים לעקוב אחר תנועת החללית ביחס לאסטרואיד בדיוק רב, וכך להבין את השפעת הכבידה של האסטרואיד על החללית ומכאן את שדה הכבידה של האסטרואיד.

לסיכום, המשימה הזו היא צעד חשוב נוסף במסעות האנושות לגילוי היקום, שיכול להוביל לפריצות דרך משמעותיות במדע: החל משימוש במערכת תקשורת לייזר שתתרום רבות למשימות חלל עתידיות, ועד לאיסוף נתונים שיסייע להבין את מקורותיה של מערכת השמש שלנו ויעמיק את הידע שלנו על ליבת כדור הארץ. בהצלחה פסיכה, בואו תראו איפה החללית עכשיו! היכנסו לקישור [7].

עריכה: שיר רוזנבלום-מן

נתונים על תקשורת הלייזר

כשהחללית הייתה במרחק של 31 מיליון ק"מ היא העבירה נתונים בקצב של 267 Mbps מגה סיביות לשנייה (בערך כמו מהירויות הורדה לאינטרנט בפס רחב). כעת היא רחוקה יותר אז קצב הנתונים ירד ל-25 מגה סיביות לשנייה (ממרחק של 226 מיליון ק"מ), אך עדיין מדובר בהישג מרשים מאוד. 

נתונים על החללית

גוף החללית הוא בערך בגודל של רכב מסחרי (אורך 2.4 מטרים, רוחב 2.1 מטרים וגובה 1.1 מטרים) , אבל יחד עם הפנלים הסולריים היא בערך בגודל של מגרש טניס יחיד (אורך 24.76 מטרים ורוחב 7.34 מטרים). משקלה 2.6 טון, כאשר ל-1 טון מהמשקל אחראי גז הקסנון המשמש להנעת החללית. למידע נוסף:  https://psyche.asu.edu

מקורות לקריאה נוספת 

1. 1. חגורת אסטרואידים 
   2. על המשימה
   3. מקלעת כבידתית
   4. מנוע יונים 
   5. תקשורת לייזר 
   6. הצלחה בתקשורת לייזר 
   7. מיקום פסיכה עכשיו