Quando chega a hora da nave espacial Psyche da NASA se alimentar através do espaço profundo, será mais cérebro do que força muscular que fará o trabalho. Uma vez que o material da ficção científica, o poder eficiente e silencioso 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 pode ser parte do núcleo de um planetesimal, o bloco de construção de um planeta rochoso primitivo. 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.

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 jornada, uma vez que Psique se separa do veículo de lançamento, contará com propulsão elétrica solar. Esta forma de propulsão começa com grandes matrizes solares que convertem a luz solar em eletricidade, fornecer 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 propelente, Psiquê 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 impulsiona suavemente Psique através do espaço, emitindo feixes azuis de xenônio ionizado.

Na verdade, o impulso é tão suave, exerce quase a mesma pressão que você sentiria segurando três quartos na mão. Mas é o suficiente para acelerar Psique através do espaço profundo. Sem resistência atmosférica para segurá-lo, a espaçonave eventualmente irá acelerar a velocidades de até 200, 000 milhas por hora (320, 000 quilômetros por hora).

Porque eles são tão eficientes, Os propulsores de Psyche's Hall podiam operar quase sem parar durante anos sem ficar sem combustível. Psiquê carregará 2, 030 libras (922 quilogramas) 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.

"Mesmo no começo, quando estávamos projetando a missão pela primeira vez em 2012, estávamos falando sobre a propulsão elétrica solar como parte do plano. Sem isso, não teríamos a missão Psiquê, "disse Lindy Elkins-Tanton da Arizona State University, que como investigador principal 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 receber ajuda da gravidade 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 ao redor 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 chegar 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.

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 usava 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 se esgotou 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 precisavam adaptar os propulsores Hall supereficientes para voar no espaço profundo, e é aí que entram os engenheiros do JPL. Ambas as equipes esperam que Psyche, usando propulsores Hall pela primeira vez além da órbita lunar, ajudará a ultrapassar os limites da propulsão elétrica solar.

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

Além de fornecer os propulsores, A equipe de 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 montado, Psiquê se mudará para a enorme câmara térmica de vácuo do JPL para testes que simula o ambiente do espaço profundo. Na próxima primavera, a espaçonave será enviada do JPL ao Cabo Canaveral para o lançamento.