Psyche de la NASA : À la découverte de l’astéroïde qui porte le même nom

L’une des nouvelles sondes d’exploration de la NASA s’appelle Psyche et elle vient de s’élancer pour un voyage de 6 ans pour aller se mettre en orbite autour de l’astéroïde Psyche.

Une mission d’exploration sur un nouveau type d’astéroïde

Psyche n’est pas la première mission d’exploration à destination d’un astéroïde. On peut citer par exemple les plus récentes comme Osiris-Rex, Hayabusa-2 ou DART. Ces missions ont étudié des astéroïdes rocheux. L’astéroïde Psyche serait un astéroïde de classe M, c’est-à-dire métallique.

16 Psyche, le seizième astéroïde découvert, a été observé pour la première fois par l’astronome italien Annibale de Gasparis le 17 mars 1852. Il a été nommé d’après la déesse grecque de l’âme.

Situé entre les orbites des planètes Mars et Jupiter, dans la Ceinture d’astéroïdes, 16 Psyche est l’un des plus grands astéroïdes : 16 Psyche fait plus de 200 kilomètres de large. Il est au moins deux fois plus dense que la plupart des astéroïdes selon les observations radar et spectrales depuis des observatoires terrestres.

Les astéroïdes sont le plus souvent constitués de roche et/ou de glace, mais les spectres, la densité et les caractéristiques radar de 16 Psyche indiquent que sa surface est en métal à grain fin et que sa composition est entre 30 à 60% en métal, le reste étant probablement de la roche silicate à faible fer et pas plus de ~ 20% de porosité. Il pourrait être le noyau ancien exposé d’une protoplanète des débuts du Système Solaire.

Non, l’astéroïde ne nous fera pas devenir tous milliardaires !

Contrairement à ce qu’on peut lire dans des médias généralistes, l’astéroïde Psyche pourrait valoir plus que l’économie mondiale terrestre, jusqu’à 10 000 quadrillions de dollars en raison de la quantité de fer, de nickel et d’or qui pourraient être à la surface de ce corps.

Cette affirmation semble venir d’une interview de 2017 de Lindy Elkins-Tanton, chercheuse principale sur la mission Psyche de l’Arizona State University. En 2022, elle précisait :  » J’ai fait ce calcul basé sur des estimations des métaux qui pourraient être présents dans l’astéroïde dense et inhabituellement réfléchissant. Cela a fait un si grand titre, mais c’est faux à tous points de vue parce que nous n’avons aucune technologie pour ramener Psyche sur Terre ».

L’astéroïde est tellement éloigné de la Terre qu’il nous est impossible à ce jour de le ramener proche de la Terre ou d’en ramener des échantillons en quantité suffisante pour devenir tous riches !

Une mission pour en savoir plus sur les débuts du Système Solaire

Psyche pourrait nous en apprendre plus sur la formation des planètes rocheuses comme la Terre et même donner un aperçu de ce qu’est le noyau d’une planète rocheuse.

Les cinq objectifs scientifiques :

• Déterminer si l’astéroïde (16) Psyche est un noyau d’une protoplanète ou s’il s’agit d’un corps non fondu.
• Déterminer les âges relatifs des régions de surface de Psyche.
• Déterminer les abondances globales, dans des parties de la surface de Psyche qui semblent être une phase métallique, des éléments lumineux S, K et Si.
• Déterminer si Psyche s’est formée dans des conditions plus oxydantes ou plus réductrices que le noyau terrestre.
• Caractériser la topographie de Psyche.

Les différents instrument scientifiques à bord de la sonde pour remplir ses objectifs :

• Un imager multispectral pour cartographier et différencier les silicates des métaux, composé de 2 caméras identiques équipées de filtres et de lentilles télescopiques pour photographier la surface de l’astéroïde dans différentes longueurs d’onde de lumière.
• Un spectromètre aux rayons gamma et à neutrons pour déterminer la composition élémentaire de l’astéroïde. Alors que les rayons cosmiques et les particules de haute énergie bombardent la surface de l’astéroïde Psyche, les éléments y absorbent l’énergie. En réponse, ils émettent des neutrons et des rayons gamma de niveaux d’énergie variables qui seront détectés par le spectromètre.
• Un magnétomètre pour mesurer et cartographier le champ magnétique de 16 Psyche. Contrairement à la Terre et à d’autres planètes rocheuses qui génèrent un champ magnétique dans leurs noyaux métalliques liquides, les petits corps comme les astéroïdes n’en génèrent pas car ils sont gelés. La confirmation d’un champ magnétique rémanent à Psyché serait une preuve solide que l’astéroïde s’est formé à partir du cœur d’un corps planétaire
• Une expérience « Gravity Science » pour mesurer le champ de gravité. En analysant les ondes radio en bande X avec lesquelles la sonde communique, les scientifiques pourront mesurer comment l’astéroïde Psyche affecte l’orbite de la sonde. À partir de ces informations, les scientifiques peuvent déterminer la rotation, la masse et le champ de gravité de l’astéroïde, en fournissant des indices supplémentaires sur la composition et la structure de l’intérieur de 16 Psyche.

La sonde, construite par Maxar, fait 4,9 mètres de haut sur 2,2 m et 2,4 m.

L’Arizona State University dirige la mission Psyche. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA est responsable de la gestion globale de la mission, de l’ingénierie des systèmes, de l’intégration et des tests, et des opérations de mission.

La sonde est propulsée avec des moteurs solaires électriques à effet Hall dont l’énergie sera fournie par de grands panneaux solaires (25 mètres de long quand complètement déployés – 75 m²) qui génèrent 20 000 watts sur Terre mais seulement 2 300 watts en orbite de l’astéroïde. Le gaz de propulsion est du xénon inerte. Celui-ci est ionisé par les champs électromagnétiques puis expulsé entraînant une poussée jusqu’à 240 millinewtons.

Psyche embarque près de 1 085 kg de xénon dans 7 réservoirs, un record ! Mais 15 fois moins que de carburants chimiques qui auraient été nécessaires pour une telle mission. Du coup, Psyche ne pèse que 2,75 tonnes au décollage.

Une expérience de communication optique dans l’espace profond en complément

En plus de 4 antennes (une antenne fixe à gain élevé de 2 mètres de diamètre et 3 petites antennes à gain faible en bande X), Psyche embarque l’expérience de démonstration technologique Deep Space Optical Communications (DSOC).

À l’aide d’un laser proche infrarouge, DSOC sera le premier test de la NASA de communications optiques à large bande passante entre la Terre et des distances dépassant de loin la Lune pour répondre au besoin croissant d’échanges avec la Terre de données, d’images et de vidéos depuis des sondes d’exploration, sans augmenter massivement les équipements nécessaires à ces téléchargements vers la Terre. Comme pour la fibre optique sur Terre, passer des communications radio aux communications laser augmenterait les taux de données actuels de 10 à 100 fois.

DSOC sera utilisé pendant les 2 premières années du vol de croisière de la sonde et ne devrait pas être utilisée pour les données de Psyche une fois en orbite autour de 16 Psyche.

6 ans de voyage et ensuite en orbite pendant environ 2 ans pour la science

Initialement prévue de décoller à l’été 2022 puis à l’automne 2022, la NASA a finalement reporté le décollage en octobre 2023 après avoir conclu qu’il n’y aurait pas assez de temps pour terminer les tests du logiciel de vol de la sonde. Le souci se situait sur le banc d’essai simulant la mission au Jet Propulsion Laboratory qui n’était pas prêt et qui sera utilisé tout au long de la mission pour tester au sol les évolutions du logiciel de vol de la sonde avant de les télécharger à bord. Ce report de lancement a entraîné l’annulation du décollage de la mission Janus de la NASA qui devait être co-passager. Les 2 petits satellites Janus, initialement prévus pour l’étude d’astéroïdes proches de la Terre, ont été placés en stockage longue durée en attente d’une réaffectation.

Après un décollage réussi à bord d’une Falcon Heavy le 13 octobre 2023, Psyche n’arrivera pas avant juillet 2029 à 16 Psyche.

Avant d’atteindre son but après près de 2,4 milliards de kilomètres parcourus, la sonde effectuera une assistance gravitationnelle autour de Mars en mai 2026 afin d’augmenter sa vitesse et corriger sa trajectoire pour croiser celle de l’astéroïde.

Après une phase d’approche à partir de mai 2029, la mission opérationnelle en orbite autour de 16 Psyche débutera en août 2029 et devrait durer 26 mois.

À travers une série d’orbites circulaires qui descendent puis montent en altitude autour de l’astéroïde, la sonde cartographiera l’astéroïde et collectera des données scientifiques.

L’orbite A, la première orbite, devrait durer environ 56 jours, d’août à octobre 2029, à environ 709 kilomètres au-dessus de la surface. La mission se concentrera sur l’imagerie et la cartographie de l’astéroïde tout en prenant des mesures de champ magnétique et de gravité.

Pendant l’orbite B, à environ 300 km d’altitude, la mission se concentrera sur la cartographie de la topographie et de la géologie d’au moins 80% de l’astéroïde tout en continuant à évaluer le champ magnétique et la gravité de l’astéroïde. Parce que la lumière du soleil illuminera de moins en moins la surface de l’astéroïde au début de la première partie de l’orbite B, cette orbite est divisée en deux parties, B1 et B2, afin que la sonde puisse répondre à ses exigences de cartographie. L’orbite B1 durera environ 92 jours, jusqu’à fin janvier 2030. La sonde reviendra à la même altitude pour B2 en mai 2031, lorsque l’astéroïde sera à nouveau baigné de soleil.

Il faudra 98 jours pour atteindre l’orbite D, la plus basse en altitude, à moins de 75 kilomètres de la surface de l’astéroïde. L’orbite D sera plus axée sur l’équateur que sur les pôles pour les autres orbites permettant d’effectuer la mesure de la composition de l’astéroïde. La sonde cartographiera également l’astéroïde et étudiera sa gravité et son champ magnétique. L’orbite D devrait commencer en mai 2030 et durer environ 100 jours.

Le transfert vers l’orbite C devrait être effectué à la mi-janvier 2031 (scénario actuel), à une altitude de 190 kilomètres et avec une orientation autour de l’astéroïde similaire aux orbites A et B. Cette orbite mesurera la topographie et effectuera les mesures de champ magnétique et de gravité.

À ce stade, lorsque la lumière du Soleil commencera à éclairer environ 80 % de la surface de l’astéroïde, la sonde se déplacera vers l’orbite B2 à une altitude de 303 kilomètres pendant environ 100 jours.

A la fin de la mission principale prévue au 1er novembre 2031, s’il y a encore des jours de marges et si tout fonctionne correctement, la mission pourrait être étendue.

Une mission Psyche à suivre avec attention dans les années à venir !

Et pour suivre en temps réel où se trouve la sonde : https://eyes.nasa.gov/apps/solar-system/#/sc_psyche

Sources : site de la mission