När NASA försöker utforska djupare in i vårt solsystem, ett av de viktigaste intresseområdena är att studera världar som kan hjälpa forskare att bättre förstå vårt solsystem och universum omkring oss. En av nästa destinationer i denna kunskapsinsamlingskampanj är en sällsynt värld som heter Psyche, ligger i asteroidbältet.

Psyche skiljer sig från miljontals andra asteroider eftersom det verkar ha en exponerad nickel-järnyta. Forskare vid Arizona State University, Tempe, i samarbete med NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, tror att asteroiden faktiskt kan vara den kvarvarande kärnan av en tidig planet. Och, eftersom vi inte direkt kan utforska någon planets kärna, inklusive våra egna, Psyche erbjuder en sällsynt inblick i vårt solsystems våldsamma historia.

"Psyket är en unik kropp eftersom det är, överlägset, den största metallasteroiden där ute; det är ungefär lika stort som Massachusetts, " sa David Åh, uppdragets ledande projektsystemingenjör vid JPL. "Genom att utforska Psyche, vi kommer att lära oss om bildningen av planeterna, hur planetkärnor bildas och, lika viktigt, vi kommer att utforska en ny typ av värld. Vi har tittat på världar gjorda av sten, is och gas, men vi har aldrig haft möjlighet att titta på en metallvärld, så det här är en helt ny utforskning i klassisk stil från NASA."

Men att ta sig till Psyche blir inte lätt. Det kräver ett banbrytande framdrivningssystem med exceptionell prestanda, vilket också är säkert, pålitlig och kostnadseffektiv. Det är därför uppdragsteamet har vänt sig till NASA Glenn Research Center i Cleveland, som har utvecklat solar elektrisk framdrivning (SEP) i decennier.

SEP-propeller använder inerta gaser, som xenon, som sedan strömförsörjs av den elektriska kraften som genereras från solpaneler ombord för att ge skonsamma, nonstop dragkraft.

"För djupa rymduppdrag, typen och mängden bränsle som krävs för att driva en rymdfarkost är en viktig faktor för uppdragsplanerare, sa Carol Tolbert, projektledare för Psyche thruster testning på NASA Glenn. "Ett SEP-system, som den som användes för detta uppdrag, fungerar mer effektivt än ett konventionellt kemiskt framdrivningssystem, vilket skulle vara opraktiskt för den här typen av uppdrag."

Den minskade bränslemassan tillåter uppdraget att gå in i omloppsbana runt Psyche och ger ytterligare utrymme för uppdragets hela vetenskapliga nyttolast. Psyches nyttolast inkluderar en multispektral avbildare, magnetometer, och gammastrålspektrometer. Dessa instrument kommer att hjälpa vetenskapsteamet att bättre förstå asteroidens ursprung, komposition och historia.

Ytterligare fördelar med SEP är flexibilitet och robusthet i färdplanen, som gör att rymdfarkosten kan anlända till Psyche mycket snabbare och mer effektivt än vad den kunde med konventionell framdrivning.

För detta uppdrag, rymdfarkosten, som kommer att byggas gemensamt av JPL och Space Systems Loral (SSL), kommer att använda SPT-140 Hall effekt thruster. Eftersom Psyche är tre gånger längre bort från solen än jorden, att flyga dit krävde ett unikt test av lågeffektsdriften av thrustern i de mycket låga tryck som kommer att mötas i rymden.

Uppdragsteamet kallade på NASA Glenn, och dess expertis inom rymdkraft och framdrivning, att sätta uppdragets thruster genom dess takter vid centrets Electric Propulsion Laboratory.

"Det här uppdraget kommer att vara det första att använda ett Hall-effekt thrustersystem bortom månens omloppsbana, så testerna här på Glenn, som aldrig hade genomförts tidigare, behövdes för att säkerställa att thrustern kunde fungera och fungera som förväntat i den djupa rymdmiljön, sa Tolbert.

Anläggningen på NASA Glenn har varit en främsta destination för elektrisk framdrivning och testning av kraftsystem i över 40 år och har ett antal rymdmiljökammare, som simulerar rummets vakuum och temperaturer.

"Detta var väldigt viktigt för uppdraget eftersom vi vill testa-som-vi-flyger och flyga-som-vi-testa, " sa Oh. "Glenn har en anläggning i världsklass som gjorde det möjligt för oss att gå till mycket låga tryck för att simulera miljön rymdfarkosten kommer att fungera i och bättre förstå hur våra thrusters kommer att prestera runt Psyche.

"Vid första ögonkastet, resultaten bekräftar våra förutsägelser om hur propellern kommer att fungera, och det ser ut som att allt fungerar som förväntat. Men, vi kommer att fortsätta att förfina våra modeller genom att göra fler analyser."

När teamet arbetar mot en förväntad lansering i augusti 2022, de kommer att använda data som samlats in på NASA Glenn för att uppdatera sin propellermodellering och införliva den i uppdragsbanor.

De vetenskapliga målen för Psyche-uppdraget är att förstå byggstenarna i planetbildning och utforska en helt ny och outforskad värld. Uppdragsteamet försöker avgöra om Psyche är kärnan i en tidig planet, hur gammal är den, om det bildades på liknande sätt som jordens kärna, och hur dess yta är.