Die Weltraumsonde „Psyche“ der NASA bereitet sich auf einen mutigen Vorbeiflug am Mars vor. Es wird den „Schleudereffekt“ der Schwerkraft des Mars nutzen, um auf einen der eigenartigsten metallischen Asteroiden im Sonnensystem zu beschleunigen – den gleichnamigen Asteroiden „Psyche“. Am Freitag, 15. Mai, Eastern Time, wird die Sonde in einer Höhe von nur etwa 2.800 Meilen (etwa 4.500 Kilometern) an der Marsoberfläche vorbeifliegen und eine Geschwindigkeit von etwa 12.300 Meilen pro Stunde (etwa 19.800 Kilometer) erreichen. Indem es seine Flugbahn ändert und seine Geschwindigkeit erhöht, wird es einen entscheidenden Schub für die lange Reise zum Hauptasteroidengürtel liefern.
Die Sonde „Lingshen“ wurde am 13. Oktober 2023 gestartet. Sie setzt auf solarelektrischen Antrieb und Xenongas, um langsam weiter zu beschleunigen und ihre Geschwindigkeit während der mehrjährigen Mission schrittweise zu erhöhen. Durch die Schwerkraftunterstützung des Mars kann das Missionsteam den Treibstoffverbrauch erheblich einsparen und gleichzeitig ausreichende Geschwindigkeits- und Orbitalneigungsänderungen erzielen, damit die Sonde in den Folgejahren den Zielasteroiden erreichen kann. Diese Art des Planetenvorbeiflugs ist nicht nur ein wichtiges Glied bei der Gestaltung der Umlaufbahn, sondern bietet Ingenieuren und Wissenschaftlern auch eine wertvolle Gelegenheit, das Flugsteuerungssystem und die wissenschaftliche Nutzlast umfassend zu testen und zu kalibrieren, bevor sie das endgültige Ziel erreichen.
Während des bevorstehenden Vorbeiflugs plant das Missionsteam von „Psychia“, mit dem Multispektral-Imager Tausende Beobachtungen des Mars durchzuführen, um Bild- und Spektraldaten zu gewinnen, um die Leistung des Bildgebungssystems zu überprüfen und nachfolgende Beobachtungsstrategien in der Asteroidenumlaufbahn zu optimieren. Die Sonde hat bereits vor dem Vorbeiflug damit begonnen, Bilder zurückzusenden. In der ersten Reihe von „Rohbildern“, die seit dem 7. Mai veröffentlicht wurden, ist der Mars immer noch nur ein schwaches Licht am fernen Sternenhimmel. Nachfolgende Ingenieure werden eine große Anzahl der während des Vorbeiflugs aufgenommenen Bilder verarbeiten, indem sie Helligkeit und Kontrast anpassen, und es wird erwartet, dass sie in den nächsten Wochen eine Zeitraffersequenz erstellen, die den gesamten Vorbeiflugvorgang zeigt.
Um die genaue Umsetzung des Vorbeiflugs sicherzustellen, führte das Missionsteam am 23. Februar ein Orbitkorrekturmanöver durch. Die Sonde wurde etwa 12 Stunden lang kontinuierlich abgefeuert, wobei die Flugbahn feinjustiert und die Geschwindigkeit leicht erhöht wurde, damit sie bei ihrer Ankunft am Mars im Mai wie geplant aus der vorgegebenen Höhe fliegen konnte. Sarah Bairstow, Leiterin der Missionsplanung, sagte, dass das Flugkontrollteam alle Vorgänge, die der Detektor den ganzen Mai über durchführen muss, in den Flugcomputer geschrieben habe. „Dieses Mal können wir nicht nur zum ersten Mal während des Fluges die Kamera mit einem Ziel kalibrieren, das viel größer als ‚einige Pixel‘ ist, sondern auch andere wissenschaftliche Instrumente an der Beobachtung beteiligen.“
Da sich die „Psyche“ von der Nachtseite des Mars nähert, wird sich das von der Sonde beobachtete Erscheinungsbild des Mars von der „vollständigen roten Scheibe“ unterscheiden, die der Öffentlichkeit am Boden bekannt ist. Nach der Beschreibung von Jim Bell, dem Leiter der Mission Imager, nähert sich die Sonde dem Mars in einem sehr hohen „Phasenwinkel“, das heißt, sie „holt den Planeten von der Nachtseite her ein, nur eine dünne Mondsichel, die kaum vom Sonnenlicht umrissen wird, ist zu sehen.“ Vor und nach dem Vorbeiflug wird die Sonde zunächst eine schlanke „Marssichel“ sehen. Nach dem Vorbeiflug besteht die Möglichkeit, einen Blick in die Nähe des „vollen Mars“ zu werfen. Dies ist nicht nur förderlich für die Kalibrierung des Bildgebungssystems, sondern soll auch zu einer Reihe sehr dekorativer Fotos führen.
Wissenschaftler sind auch daran interessiert, diese Gelegenheit zu nutzen, um schwache Staubringe zu entdecken, die möglicherweise um den Mars existieren. Die Forschung geht davon aus, dass die beiden kleinen Satelliten des Mars – Phobos (Phobos) und Deimos (Deimos) –, wenn sie kontinuierlich von Mikrometeoren getroffen werden, feine Staubpartikel in den Weltraum schleudern und einen dünnen Staub-„Ring“ oder eine „ringförmige Wolke“ in der Nähe der Umlaufbahn des Mars bilden könnten. Wenn der Beleuchtungswinkel während des Vorbeiflugs geeignet ist, wird erwartet, dass diese Stäube bei der Verarbeitung von Bilddaten durch den „Spirit Star“ sichtbar werden und neue Hinweise zum Verständnis des kleinen Marssatelliten und seiner Mikroumgebung liefern.
Dieser Vorbeiflug ist nicht nur ein bildgebendes Experiment, sondern auch eine multidisziplinäre umfassende Beobachtungsübung. Das Magnetometer an der Sonde soll die Wechselwirkung zwischen dem Marsmagnetfeld und geladenen Teilchen von der Sonne aufzeichnen, während das Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer Änderungen im kosmischen Strahlungsfluss während des Vorbeiflugs überwachen und so Erfahrungen für die spätere Erkennung hochenergetischer Teilchen und Oberflächenmaterialien in Asteroidenumlaufbahnen sammeln wird. Darüber hinaus wird der Imager auch einen „Satellitensuchmodus“ durchführen und Beobachtungsübungen ähnlich der „Mikrosatellitensuche“ rund um den Mars durchführen, um nach der Ankunft am Asteroiden „Psyche“ effizienter nach potenziellen Mikrosatelliten zu suchen.
Obwohl die wissenschaftlichen Fortschritte vielversprechend sind, betonte das Missionsteam, dass der Hauptzweck dieses Vorbeiflugs immer noch darin bestehe, „die Energie des Mars zu leihen“. Wie Lindy Elkins-Tanton, die leitende Forscherin des Projekts, sagte, besteht der Hauptgrund für den Vorbeiflug darin, „ein wenig Hilfe vom Mars zu bekommen, den Flug zu beschleunigen und die Umlaufbahn in Richtung des Asteroiden Psyche zu neigen“. Wenn die Geräteprüfung und -kalibrierung auf dieser Basis erfolgreich abgeschlossen werden kann, ist das das „Tüpfelchen auf dem i“.
Während des Vorbeiflugs wird das Missionskontrollzentrum die von der „Psyche“ über das Deep Space Network (DSN) der NASA zurückgesendeten Funksignale genau verfolgen, um den Vorbeiflugeffekt genau zu bewerten. Kleine Änderungen in der Geschwindigkeit des Detektors spiegeln sich in der Doppler-Frequenzverschiebung des Funksignals wider. Auf dieser Grundlage können Ingenieure die neuen Umlaufbahnparameter nach dem Vorbeiflug schnell umkehren und bestätigen, ob sich der Detektor genau auf den Hauptasteroidengürtel zubewegt hat. Durch gemeinsame Beobachtungen mit dem Mars-Orbiter und dem Bodenbüro hofft das Team außerdem, die Umlaufbahnmessung und Navigationsstrategien künftiger Weltraummissionen während des planetaren schwerkraftunterstützten Prozesses weiter zu optimieren.
Mehrere Raumsonden, die derzeit in der Nähe des Mars operieren, werden sich koordinieren, um diese Operation zu unterstützen. Dazu gehören der „Mars Reconnaissance Orbiter“ (MRO) der NASA, der Orbiter „Mars Odyssey“ und die beiden Marsrover „Curiosity“ und „Perseverance“, die auf der Marsoberfläche operieren. Auch der „Mars Express“ und der „ExoMars Trace Gas Orbiter“ der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) werden an Beobachtungen und Messungen beteiligt sein. Wissenschaftler planen, die Beobachtungsdaten, die die „Lingshen“ während ihres Vorbeiflugs gewonnen hat, mit den Daten zu vergleichen, die im Laufe der Jahre bei bestehenden Missionen zum Mars gesammelt wurden, um die Kalibrierung der wissenschaftlichen Instrumente der „Lingshen“ weiter zu verbessern und künftigen Sonden in der Nähe des Mars dabei zu helfen, bessere Kommunikations- und Navigationslösungen zu entwerfen.
Dem Missionsplan zufolge wird die Sonde „Psyche“ verstärkt durch die Schwerkraft des Mars weiter zum Asteroidenhauptgürtel stürmen. Es wird erwartet, dass es bis Ende 2029 seinen gleichnamigen metallischen Asteroiden erreicht und in die Umlaufbahn gelangt, womit eine langfristige Untersuchung der inneren Zusammensetzung und Entwicklungsgeschichte dieses seltenen Himmelskörpers beginnt. Als erste Asteroiden-Erkundungsmission mit Metallen als Hauptforschungsziel wird erwartet, dass „Psyche“ antike Überreste aufdecken wird, die den Kernen von Planeten ähneln, und den Menschen damit ein beispielloses Fenster zum Verständnis des Entstehungsprozesses terrestrischer Planeten und der Entwicklung des frühen Sonnensystems bieten wird.