Om några år, ett instrument designat och byggt av Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare kommer att flyga hundratals miljoner mil genom rymden för att utforska en sällsynt, till stor del metallasteroid.

Livermore gammastrålningsspektrometer kommer att byggas i samarbete med forskare från Johns Hopkins Applied Physics Laboratory för det första besöket någonsin i Psyche, den största metallasteroiden i solsystemet.

"Det är vetenskapligt intressant eftersom det tros vara en planetarisk kärna, en rest av en kollision under de tidiga stadierna av utvecklingen av solsystemet, " sa LLNL fysiker Morgan Burks, som leder Lab-teamet.

"Vi tror att utforskning av Psyche-asteroiden kan öka vår förståelse av jordens dolda kärnor, Mars, Merkurius och Venus, " sa Burks.

Huvudutredaren för Psyche-uppdraget, Lindy Elkins-Tanton från Arizona State University, har noterat att utforskningen av Psyche kommer att tillåta forskare att "bokstavligen besöka en planetarisk kärna - det enda sättet mänskligheten någonsin kan." NASA Discovery-uppdraget till Psyche leds av Arizona State University (ASU).

Eftersom Psyches till stor del järn- och nickelmetallsammansättning liknar jordens kärna, studien av asteroiden kan hjälpa forskare att bättre förstå hur en planets lager, såsom skorpor och kärnor, separat.

Asteroider är steniga rymdkroppar som kretsar runt solen och varierar i storlek från små dammpartiklar till upp till 600 miles i diameter.

Uppkallad efter den grekiska själsgudinnan, Psyche asteroiden, som de flesta asteroider, bor i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Detta asteroidbälte är hem för mer än 1 miljon andra asteroider som är större än en halv mil i diameter, tillsammans med många mindre, enligt NASAs uppskattningar.

Syftet med labbets gammastrålspektrometer på uppdraget kommer att vara att bestämma grundämnessammansättningen av Psyches yta. Även om asteroiden huvudsakligen består av järn och nickel, andra element av intresse inkluderar kisel, kalium, svavel, aluminium, kalcium, torium och uran.

"Psyches yta släpper ut ett stort antal gammastrålar som induceras av kosmisk strålning, " sa Burks. "Genom att mäta energin hos gammastrålar med hög upplösning, det är möjligt att bestämma sammansättningen av planetens yta. Varje element ger en unik gammastrålesignatur."

Laboratorieforskare kommer att arbeta med medarbetare från Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (JHAPL) och tillsammans kommer teamet att integrera gammastrålningsspektrometern med en neutronspektrometer för rymdfärden.

Den nya gammastrålningsspektrometern (GRS), döpt till GeMini-Plus, kommer att vara den andra GRS designad och byggd av LLNL för rymdutforskning under de senaste 13 åren.

År 2004 Mercury MESSENGER (förkortning för Mercury Surface, Rymdmiljö, GEochemistry and Ranging) lanserades i rymden med en svit av sju instrument, inklusive en LLNL-utvecklad GRS.

Mercury MESSENGER GRS och andra instrument färdades genom rymdens fientliga miljö till den innersta planeten i solsystemet i cirka 6 ½ år och mer än 4,8 miljarder miles.

Väl där, rymdfarkosten gjorde mätningar i cirka fyra år under mer än 4, 000 banor i de häftiga omgivningarna, där solen är 11 gånger ljusare än på jorden och temperaturen kan nå 400 grader Celsius (752 grader Fahrenheit).

För att säkerställa att den germaniumbaserade spektrometern fungerar korrekt, Laboratorieforskare utarbetade en termisk och mekanisk kylningsdesign som gjorde att kristallen kunde leva vid -200 grader Celsius (-330 grader Fahrenheit), samtidigt som de avvisar 98 procent av den infraröda värmen och energin från Merkurius.

"GeMini-Plus för Psyche-uppdraget drar nytta av år av forskning och utveckling från Mercury MESSENGER-projektet och andra Lab GRS-instrument. vi utnyttjar den FoU som vi uppnådde under MESSENGER-förberedelserna och flygningen, " sa Burks.

Den nya GeMini-Plus kommer att vara den fjärde generationen av hög renhet, germaniumbaserade gammastrålspektrometrar – efter Cryo-3, Mercury MESSENGER GRS och den ursprungliga GeMini. Det senare instrumentet har kommersialiserats av Tennessee-baserade ORTEC, ett dotterbolag till AMETEK.

Ungefär lika stor som ett bröd, den nya GeMini-Plus kommer att byggas av LLNL under de kommande tre åren. Den kommer i storlek och kraft att vara jämförbar med MESSENGER GRS.

Burks leder ett litet team av labbforskare, inklusive Lena Heffern, en examen från California State University, Chico, som för närvarande bygger och testar prototypen GeMini-Plus-instrument. Utvecklingen av instrumentet kommer att påbörjas i höst.

Den rymdfarkost i storleken skyttelbuss som ska resa till Psyche kommer att byggas av Space Systems Loral från Bay Area. Den förväntas skjutas upp 2022 från Kennedy Space Center i Florida och anlända till asteroiden 2026. GeMini-Plus kommer att fungera i ungefär ett år.

Livermore-instrumentet är ett av tre viktiga vetenskapliga instrument för Psyche-uppdraget, med ASU som bygger en multispektral avbildare och UCLA levererar en magnetometer för att mäta asteroidens magnetfält. Det Pasadena-baserade NASA Jet Propulsion Laboratory ansvarar för uppdragsdesign, verksamhet och vetenskapsplanering.

Det har länge funnits en synergi för vissa vetenskapliga instrument, såsom gammastrålspektrometrar, för tillämpningar i utforskning av yttre rymden och tillbaka på jorden för tillämpningar inom hemlandets säkerhet, som att upptäcka kärnmaterial.

"Teknikerna som vi utvecklar har ett brett utbud av tillämpningar på jorden och i rymden, ", sa Burks. "Det vi utvecklar för grundforskning tillåter oss också att göra viktiga nationella säkerhetstillämpningar. I tur och ordning, de nationella säkerhetsframsteg vi uppnår hjälper oss att främja vår grundforskning."

Officiellt känd som 16 Psyche (numret anger i vilken ordning det upptäcktes), asteroiden hittades första gången 1852 av en italiensk astronom. Some 130 miles (or 210 kilometers) in diameter, it is one of the 10 most massive asteroids in the asteroid belt.

The Psyche visit is one of two asteroid missions that NASA announced in January would be funded through its Discovery Program. Under the second mission, another robotic spacecraft, dubbed Lucy, will explore six Jupiter Trojan asteroids that are fossils of planet formation and could supply important clues to the earliest history of the solar system.