Radarreis naar het centrum van Hera's asteroïde met de Juventas CubeSat
Een klein ruimtevaartuig ter grootte van een schoenendoos dat deze week is afgeleverd bij de Hera-missie van ESA belooft een grote sprong voorwaarts te maken in de planeetwetenschap. Zodra de Juventas CubeSat door het Hera-ruimtevaartuig bij het binaire asteroïdensysteem Didymos is afgezet, zal het de eerste radarmeting binnen een asteroïde uitvoeren, waarbij diep in het hart van het maantje van Dimorphos, ter grootte van een piramide, wordt gekeken.
"De asteroïden van vandaag zijn fragmenten van botsingen tussen de oorspronkelijke bouwstenen van ons hele zonnestelsel. Als we kunnen zien hoe het inwendige van een asteroïde er uitziet, krijgen we waardevolle inzichten in de evolutie van het zonnestelsel en manieren om onze planeet kunnen verdedigen", legt Michael Kueppers, wetenschapper van het Hera-project van ESA, uit. "Is deze asteroïde een massieve monoliet of eerder een puinhoop die bijeengehouden wordt door zijn zwaartekracht? Het antwoord op deze vraag heeft praktische gevolgen voor hoe inkomende asteroïden in de toekomst van de aarde kunnen worden afgebogen."
De Juventas CubeSat is slechts 37x23x10 cm groot en is voor ESA ontworpen door het Luxemburgse bedrijf GomSpace. De integratie van het ruimtevaartuig vindt plaats op het hoofdkantoor van GomSpace in Denemarken. Het bedrijf is gespecialiseerd in CubeSats: kleine, low-budget satellieten geassembleerd uit gestandaardiseerde dozen van 10 cm, die overigens meestal bestemd zijn om in een baan rond de aarde te worden gebracht.
Bouwen voor de diepe ruimte
Jan Persson leidt het Juventas-project voor GomSpace: "Dit is een heel andere missie dan de gebruikelijke CubeSats die we maken en besturen. Verder gaan dan een baan om de aarde, de diepe ruimte in, is een zeldzame kans die uiterst nauwkeurige aandacht voor detail vereist. Juventas heeft ook een behendig navigatiesysteem nodig om rond een asteroïde te kunnen vliegen."
Access the video
De Hera-asteroïdenmissie van ESA is Europa's bijdrage aan een internationaal experiment voor planetaire verdediging. Na de inslag in 2022 van de DART-missie op de asteroïde Dimorphos, een maan van de grotere asteroïde Didymos – waardoor haar baan rond Didymos veranderde en er een pluim van brokstukken duizenden kilometers de ruimte in werd gestuurd – zal Hera terugkeren naar Dimorphos om de krater die DART achterliet van dichtbij te onderzoeken. De missie zal ook de massa en samenstelling van Dimorphos meten, samen met die van Didymos. Hera wordt in oktober 2024 gelanceerd met aan boord twee CubeSats voor close-up observaties van het asteroïdenpaar: Juventas krijgt gezelschap van de hyperspectrale Milani-missie. Het trio zal rond de asteroïden met elkaar in contact blijven via een innovatief intersatellitair verbindingssysteem.
Lancering van de kleinste radar ooit
Juventas, vernoemd naar de Romeinse naam voor de dochter van Hera, is misschien klein, maar heeft een brede technische voetafdruk. Het laagfrequente radarinstrument, het kleinste radarsysteem dat ooit de ruimte in werd gevlogen, is ontworpen door het Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble van de Université Grenoble Alpes en de Technische Universiteit Dresden, met elektronica uit EmTroniX Luxemburg. De radarsignalen zullen worden uitgezonden door een kwartet van 1,5 meter lange antennes, langer dan het Juventas-ruimtevaartuig zelf, die zijn bijgedragen door het Poolse Astronika.
"De Juventas Radar (JuRa) is uniek en zal de wetenschap een zeldzaam inzicht geven in het ontstaan van asteroïden," legt Jan Persson uit. "Het is sterk geminiaturiseerd zodat het in de CubeSat past. De belangrijkste uitdaging was dat het instrument veel warmte genereert in het ruimtevaartuig. Ons thermisch ontwerpteam bij GomSpace heeft hard gewerkt om dit op te lossen."
Hera’s systeemingenieur Franco Perez Lissi voegt hieraan toe: "Om zelf te kunnen vliegen, beschikt Juventas ook over een zichtbaar-licht-camera, lidar, star trackers voor navigatie en een voortstuwingssysteem op basis van koud gas, plus een intersatellitaire radioverbinding om zijn positie en gegevens met Hera te delen."
Om het radaronderzoek van de kleinere asteroïde uit te voeren, zal Juventas in een unieke 'Self-stabilised Terminator Orbit' rond Didymos gaan. Dit houdt in dat het in een baan parallel aan de dag-nacht-terminatorlijn van de asteroïde draait, waarbij wordt gebalanceerd tussen de zwakke zwaartekracht van de asteroïde en de zwakke maar constante druk van het zonlicht zelf, de zogenaamde zonnestralingsdruk. In feite is de zwaartekracht van Didymos zo laag dat Juventas met een snelheid van slechts centimeters per seconde in een baan rond de asteroïde zal draaien. JuRa zal van die lage snelheid profiteren om hetzelfde gecodeerde signaal meerdere keren naar de asteroïde te sturen, waardoor de totale signaal-ruisverhouding van het instrument toeneemt. De weerkaatste signalen worden gedecodeerd en op aarde omgezet in een 3D-beeld.
De landing wordt ingezet
Zodra Juventas klaar is met zijn radaronderzoek, zal hij in een baan om Dimorphos gaan draaien om aan de volgende fase van zijn missie te beginnen: landen op de kleinere asteroïde. Jan Persson vertelt: "We zijn nog aan het analyseren wat de beste manier is om dit te doen, maar onze snelheid zou laag genoeg moeten zijn – in de orde van centimeters per seconde – zodat Juventas naar beneden komt zonder terug de ruimte in te stuiteren. Vanaf dat moment zullen versnellingsmeters en gyroscopen aan boord gegevens verzamelen om meer te weten te komen over de eigenschappen van het oppervlak. Wanneer Juventas uiteindelijk tot stilstand komt, willen we dat het een stabiele configuratie heeft voor het bedienen van de tweede wetenschappelijke lading van het ruimtevaartuig, de GRASS-gravimeter."
GRASS (Gravimeter for Small Solar System Objects) is het eerste instrument om de zwaartekracht op het oppervlak van een asteroïde rechtstreeks te meten. Het is ontwikkeld door de Koninklijke Sterrenwacht van België (ROB) in samenwerking met het Spaanse bedrijf EMXYS. Het plan is om te registreren hoe de zwaartekrachtniveaus op Dimorphos veranderen in de loop van haar baan rond Didymos.
Zowel de Juventas als de Milani CubeSats hebben zich nu bij het Hera-moederschip gevoegd om te worden getest in het ESTEC-testcentrum van ESA in Nederland, de grootste testfaciliteit voor ruimtevaartuigen in Europa. Het trio is onlangs in de elektromagnetische compatibiliteitskamer van Maxwell geplaatst om te controleren of de intersatellitaire verbindingen naar behoren werken.