Een klein ruimtevaartuig ter grootte van een schoendoos, een zogeheten 'CubeSat', dat deze week is geleverd aan de Hera-missie van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA belooft een grote sprong voorwaarts te maken in de planeetwetenschap. Zodra de Juventas CubeSat vanaf het Hera ruimtevaartuig naar het binaire asteroïdensysteem Didymos wordt gebracht, zal het de eerste ruimtesonde zijn uitgerust met radar waarmee wetenschappers diep in het hart van de maan Dimorphos hopen te kijken.
"De asteroïden van vandaag zijn botsende fragmenten van de oorspronkelijke bouwstenen van ons hele zonnestelsel, dus als we kunnen zien hoe het inwendige van een asteroïde is gestructureerd, krijgen we waardevolle inzichten in de evolutie van het zonnestelsel en de verdediging van planeten", legt Michael Kueppers, ESA's Hera-projectwetenschapper, uit. "Is deze asteroïde een massieve monoliet of een puinhoop die bijeengehouden wordt door zijn zwaartekracht? Het antwoord heeft praktische gevolgen voor de manier waarop inkomende asteroïden in de toekomst van de aarde kunnen worden afgebogen." De Juventas CubeSat is slechts 37x23x10 cm groot en wordt voor ESA beheerd 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 die worden samengesteld uit gestandaardiseerde dozen van 10 cm, maar meestal zijn deze bestemd voor een baan om de aarde.
Gebouwd 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 vliegen. Verder gaan dan een baan om de aarde en de diepe ruimte in is een zeldzame kans, die extreem nauwkeurige aandacht voor details vereist. Juventas heeft ook een voldoende behendig navigatiesysteem nodig om zelf rond een asteroïde te vliegen." De Hera asteroïdenmissie van ESA is Europa's bijdrage aan een internationaal experiment voor planeetverdediging. Na de botsing van de DART-missie met de asteroïde Dimorphos, een maan van de grotere asteroïde Didymos, in 2022, waardoor zijn baan rond Didymos veranderde en 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 en heeft twee CubeSats aan boord voor close-up observaties van het asteroïdenpaar: Juventas krijgt gezelschap van de Milani hyperspectrale missie. Het trio zal met elkaar verbonden blijven rond de asteroïden via een innovatief inter-satelliet link systeem.
De Juventas CubeSat - Foto: ESA-F. Perez Lissi
Kleinste radar die in de ruimte vliegt
Juventas, vernoemd naar de Romeinse naam voor de dochter van Hera, mag dan klein zijn, maar heeft een grote technische voetafdruk. Het laagfrequente radarinstrument, het kleinste radarsysteem dat in de ruimte vliegt, is ontworpen door het Franse Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble van de Université Grenoble Alpes en de Technische Universiteit Dresden, met elektronica van EmTroniX in Luxemburg. De radarsignalen worden uitgezonden door een kwartet van 1,5 meter lange antennes, langer dan het Juventas-ruimtevaartuig zelf, die zijn geleverd door Astronika in Polen. "Het Juventas Radar - of JuRa - instrument is uniek en zal de wetenschappelijke gemeenschap een zeldzaam inzicht geven in het ontstaan van een asteroïde," legt Jan Persson uit. "Het is sterk geminiaturiseerd om in de CubeSat te passen. De grootste uitdaging was dat het instrument veel warmte genereert in het ruimteschip, maar ons thermisch ontwerpteam bij GomSpace heeft hard gewerkt om dit op te lossen."
Hera systeemingenieur Franco Perez Lissi voegt hieraan toe: "Om zelf te vliegen, heeft Juventas ook een zichtbaar licht camera, lidar, startrackers voor navigatie en een koud gas voortstuwingssysteem, plus de inter-satelliet radioverbinding om zijn positie en gegevens te delen met Hera." Om zijn radaronderzoek van de kleinere asteroïde uit te voeren, zal Juventas in een unieke 'Self-stabilised Terminator Orbit' rond Didymos gaan. Dit houdt in dat de baan parallel aan de dag-nacht terminatorlijn van de asteroïde wordt gemaakt, waarbij de zwakke zwaartekracht van de asteroïde in evenwicht wordt gebracht met de zwakke maar constante druk van het zonlicht zelf - zonnestralingsdruk. In feite is de zwaartekracht van Didymos zo laag dat Juventas met een snelheid van slechts centimeters per seconde rond de asteroïde zal draaien. JuRa zal gebruik maken van deze lage snelheid om hetzelfde gecodeerde signaal meerdere keren naar de asteroïde te sturen, waardoor de signaal-ruisverhouding van het instrument zal toenemen. De teruggekaatste signalen worden gedecodeerd en omgezet in een 3D-beeld op aarde.
Klaar voor de landing
Zodra Juventas klaar is met zijn radaronderzoek, zal hij in een baan rond Dimorphos komen om aan de volgende fase van zijn missie te beginnen: landen op de kleinere asteroïde. Jan Persson merkt op: "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 helemaal terug de ruimte in te stuiteren. Versnellingsmeters en gyroscopen aan boord zullen vanaf dat moment gegevens verzamelen om meer te weten te komen over de eigenschappen van het oppervlak. Wanneer Juventas uiteindelijk tot rust komt, willen we dat het in een stabiele configuratie is om de tweede wetenschappelijke lading van het ruimteschip, de GRASS gravimeter, te bedienen." Het eerste instrument dat de zwaartekracht op het oppervlak van een asteroïde rechtstreeks meet, de Gravimeter for Small Solar System Objects, GRASS, is ontwikkeld door de Koninklijke Sterrenwacht van België (ROB) in samenwerking met het Spaanse bedrijf EMXYS. Het is de bedoeling dat de GRASS registreert hoe de zwaartekracht op Dimorphos verandert in de loop van zijn baan rond Didymos.
Zowel de Juventas als de Milani CubeSats hebben zich nu bij hun Hera moederschip gevoegd om getest te worden in het ESTEC Testcentrum van ESA in Nederland, de grootste testfaciliteit voor ruimtevaartuigen in Europa. Het trio wordt in de Maxwell elektromagnetische compatibiliteitskamer geplaatst om te controleren of hun inter-satellietverbindingen werken zoals gepland.
Bron: ESA
