Hayabusa2: de asteroïde-jagersonde

Hayabusa2 een paar meter van het oppervlak van Ryugu
Een revolutie, niets minder. Na een eerste gemengde ervaring in 2003, lanceerde het Japanse ruimtevaartagentschap in december 2014 de Hayabusa2-missie, vergezeld van een heuse verzameling nieuwe gereedschappen om de asteroïde Ryugu te verkennen. Vandaag kunnen we zijn succes alleen maar groeten!
Om Hayabusa2 te begrijpen, moeten we eerst teruggaan naar de eeuwwisseling en de eerste dergelijke missie: in het voorjaar van 2003 besloot het Japanse ruimteagentschap een gedurfd project op te zetten in de richting van de asteroïde 1998 SF36, een paar weken later omgedoopt tot Itokawa. het vertrek van de sonde. Hayabusa (wat zich vertaalt naar "Slechtvalk") slaagt erin om zijn asteroïde te bereiken, maar de nieuwe technologieën waarmee de sonde is uitgerust, maken elke stap van de missie moeilijk: de ionenstuwraketten zijn grillig, de houdingscontrollers van de sonde ook, de kleine robot die het naar de oppervlakte laat vallen, gaat verloren in de leegte en, tot overmaat van ramp, het mechanisme waarmee het monsters kan terughalen (en dat overigens werd aangekondigd als een grote wereldprimeur) activeert niet zoals gepland .
Ondanks alles slaagde Hayabusa er op de een of andere manier in om een ​​kleine capsule terug te brengen, die op 13 juni 2010 in de Australische woestijn landde … De missie eindigde met een onverwachte verrassing: zelfs als hij leeg leek toen hij in het laboratorium werd geopend, de koffer, die tientallen miljoenen kilometers heeft afgelegd, bevat minuscule korreltjes asteroïdenstof. Wetenschappers hebben niet meer nodig om de eigendommen van Itokawa zoveel mogelijk te bestuderen … Maar het Japanse bureau JAXA wil verder gaan, zijn fouten corrigeren en profiteren van zijn kennis om een ​​andere asteroïde te bezoeken: het lanceert, om dat te doen , het Hayabusa2-programma. (Merk ook op dat, ja, Hayabusa2 is in één woord geschreven, dit is geen vergissing).
Artist's impression van de Hayabusa2-sonde

Ryugu achtervolgen

Hayabusa2 vertrekt op 3 december 2014, voor een lange transferperiode in de achtervolging van zijn asteroïde, noemde toen 1999 JU3 en werd al snel officieel omgedoopt tot Ryugu (het "Drakenpaleis", een plaats die verband houdt met de Japanse mythologie). De sonde maakt opnieuw gebruik van vier ionenstuwraketten, inclusief een reserve, evenals verschillende standcontrolesystemen. Maar de fouten van de eerste generatie zijn op bewonderenswaardige wijze uitgewist: er zullen geen ongelukken gebeuren tijdens de "achtervolging" van de type C-asteroïde (voor Carboné). Terwijl ze haar doel ontdekt, vermindert Hayabusa2 haar snelheid en bereidt ze haar voorlopige resultaten voor. Het is een kwestie van haasten, wie weet of de kleine asteroïde met een diameter van 860 meter misschien geen klein rotsblok in een baan om de aarde verbergt, of een staartje stof heeft?
Uiteindelijk brachten de metingen niets abnormaals aan het licht en in juni 2018 kwam Hayabusa2 dicht bij het onderwerp van onderzoek. Op 27 juni stopte ze haar vooruitgang door 'thuis' aan te komen: een heel specifiek punt, 20 km achter Ryugu. De sonde van 610 kg (inclusief 66 kg xenon voor zijn drijfgassen, die zijn uitgeschakeld sinds zijn aankomst in de buurt van de asteroïde) komt niet in de baan van Ryugu. De massa wordt als te laag beschouwd en de teams hebben meer vertrouwen om de asteroïde op een redelijke afstand te bestuderen.
Het duurt iets meer dan zeven uur voordat Ryugu zich omdraait en een paar dagen na de aankomst van Hayabusa2 kennen wetenschappers de belangrijkste kenmerken al: een riem die door zijn eigen gewicht wordt "verpletterd", de vorm van een diamant, grote rotsblokken aan de polen en een reeks kraters op de evenaar. Het is de eerste asteroïde van het type C die ooit in de buurt is gekomen, het is donkerder dan een blok steenkool en dankzij hun geduld zullen Japanse teams en wetenschappers over de hele wereld 18 maanden de tijd hebben om het nauwkeurig te bestuderen!
De asteroïde Ryugu

Erg drukke eerste maanden

Het schema is erg krap: om de tijd die rond Ryugu wordt doorgebracht te optimaliseren, worden alleen de eerste twee maanden besteed aan een van de belangrijkste taken, namelijk het nauwkeurig in kaart brengen van de asteroïde. Maar dankzij hun techniek om Ryugu te volgen vanaf het punt van "thuis" van de sonde, zullen de Hayabusa2-teams zeer eenvoudige benaderingsprotocollen opstellen. In juli en vervolgens in augustus 2018 laten wetenschappers de sonde verschillende keren naar de oppervlakte "dalen", waardoor deze dichter bij minder dan een kilometer hoogte komt om beelden met een hoge resolutie te maken. Tijdens een van deze tests worden de motoren afgesneden en bestuderen de teams het zwaartekrachtveld van Ryugu door de variatie van het traject van de sonde te berekenen.
Al snel staan ​​de teams versteld van een uniek kenmerk van deze asteroïde, die echter voor veel problemen zal zorgen: er is geen vlak gebied boven Ryugu! Tijdens eerdere missies, of het nu Hayabusa1 rond Itokawa was, of andere bezoeken aan kleine lichamen, zoals komeet 67P "Tchouri", hadden wetenschappers altijd vlakke, zanderige of stoffige gebieden gevonden. Op Ryugu, niets van dit alles: de asteroïde is een echte puinhoop waarvan de blokken elkaar overlappen. En hoe dichter de sonde erbij komt, hoe meer de teams kleinere steentjes waarnemen, die het hele oppervlak beslaan. De bodem van Ryugu wordt een echte hoofdpijn voor de Japanners, de Fransen en de Duitsers, die op zoek zijn naar gebieden om hun kleine robots te landen.
Het zeer oneffen oppervlak van de asteroïde

Minerva en Mascot, de robots vielen

Hayabusa2 is een complexe missie, waarin vier robots zijn onderverdeeld in drie groepen. De eerste werden op 21 september 2018 gedropt op minder dan 30 meter boven zeeniveau: het waren twee cilinders van 1,1 kg genaamd Owl en Hibou, onderdeel van een eerste groep genaamd Minerva 2-1. Ze zijn ontwikkeld in samenwerking door het Japanse bureau JAXA en Aizu University en zijn uitgerust met apparaten om naar de oppervlakte van Ryugu te "springen", terwijl ze met regelmatige tussenpozen beelden vastleggen. Wanneer ze worden uitgezonden, zullen deze foto's, de eerste foto's die op het oppervlak van een asteroïde zijn gemaakt, een wereldwijde impact hebben.
Een paar dagen later was het de beurt aan de Frans-Duitse robotmascotte (“Mobile Asteroïd Surface sCOuT”) om op Ryugu te landen. De grootte van een schoenendoos weegt bijna tien kilo, maar in tegenstelling tot Japanse robots is Mascot niet uitgerust met zonnepanelen, alleen een batterij die een levensduur van ongeveer twee banen kan garanderen. aan zijn vier wetenschappelijke instrumenten. Op 50 meter van het oppervlak bevrijd, daalt het 19 minuten voordat het landt … Ondersteboven. Snel bevelen de teams op aarde de robot om zijn springsysteem te activeren, en Mascot bevindt zich in de juiste positie. Gelukkig werken zijn instrumenten wonderwel en registreren ze 16 uur aan gegevens, waarvan de studie een jaar laterheeft al geleid tot prestigieuze publicaties - en dit is nog maar het begin!
De derde en laatste robot werd een jaar later, op 3 oktober 2019, uitgeworpen op een hoogte van 1 km. Hierdoor konden de teams de langzame voortgang naar de oppervlakte volgen (ongeveer vijf dagen om op de rotsen te “vallen”) en de eerdere zwaartekrachtmetingen valideren. Die robot, Minerva 2-2, heeft nog geen beelden naar de teams gestuurd, tenzij ze nog niet zijn vrijgegeven.
Het oppervlak waargenomen door een Minerva-robot

SCI, explosieven op een ruimtesonde

Het uiteindelijke doel van de Hayabusa2-missie is om asteroïdemonsters te vangen en terug te brengen naar de aarde. Maar Ryugu is een hemellichaam dat gedurende honderden miljoenen, zo niet miljarden jaren zonder veel verstoring is geëvolueerd. Het oppervlak was daarom onderhevig aan aanzienlijke cycli van zonnestraling, extreme temperaturen, erosie… Het zou ook heel interessant zijn om te weten wat er zo lang onder dit oppervlak verborgen is geweest. IJs? Complexe koolstofmoleculen? Om erachter te komen, aarzelde JAXA niet: als je niet zeker weet of je een recente krater ziet, kun je er net zo goed zelf een maken. Dit is de rol van de SCI-impactor (Small Carry-On Impactor), een kleine cilinder van 14 kg, die ongeveer 500 meter van het oppervlak van de asteroïde Ryugu is gevallen.
Het apparaat is voornamelijk uitgerust met een countdown, allesbehalve geavanceerd, dat een lading van 9,5 kg explosief type "Plastic" activeert. En dat is veel, zelfs op aarde (een C4 "brood" weegt tussen de 500 en 600 gram). De explosie zelf heeft echter geen invloed op het oppervlak; het heeft maar één doel: een koperen projectiel van 2 kg en 5 mm dik naar het oppervlak van de asteroïde stuwen. Op het moment van de explosie is de koperen schijf vervormd en wordt hij een kegel, en dit is het die naar het oppervlak van de asteroïde snelt om er met ongeveer 2 km / s of 7200 km / u op te botsen!
De SCI werd ingezet op 5 april 2019. De sonde haastte zich vervolgens om "achter" de asteroïde te schuilen om geen puin op te vangen dat tijdens de inslag werd geworpen. Dit laatste zal een ongelijke krater creëren met een diameter van ongeveer 20 meter aan de rand waarvan - bingo! - de Japanse teams besluiten monsters te nemen.

Monsters voor het nageslacht

Maar vóór de inzet van de SCI, waarmee monsters kunnen worden genomen uit de onderste lagen van de asteroïde, vindt een eerste afdaling plaats op 22 februari, waarin de teams de Hayabusa2-missie in gevaar hebben gebracht.
Na een intensieve voorbereiding verlaat de sonde zijn "thuis" -punt 20 km van de asteroïde om hem te naderen en monsters te nemen. De zaak is complex: het voertuig kan niet worden bestuurd omdat het bijna 15 minuten duurt om een ​​commando te verzenden en twee keer zoveel om een ​​antwoord te ontvangen. Het is daarom onmogelijk om reactief te zijn of te manoeuvreren met een mens in de lus; de boordcomputer beheert het laatste deel van de nadering, terwijl de Japanse missiecontrole "op de knop" kan drukken en deoperatie op elk moment.
Gelukkig verloopt alles zoals gepland: het LIDAR-lasersysteem geeft afstandsinformatie op de grond, terwijl de boordcomputer zichzelf lokaliseert ten opzichte van eerder opgeslagen beelden. Om te helpen met navigeren, had Hayabusa2 een doelmarkering over het gebied laten vallen, een soort tennisbal bedekt met aluminium. Bij het bekijken van de beelden identificeert de boordcomputer deze en positioneert zich ten opzichte van deze markering.
Hayabusa2 loopt dan de laatste meters. Wanneer zijn ongeveer 1 meter lange "stam" de grond raakt, wordt een miniprojectiel van tantaal in de grond geschoten, waarbij duizenden kleine brokstukken en stof worden weggegooid. Deze weerkaatsen van de hoorn en komen vast te zitten in het hart van het instrument, dat onmiddellijk roteert en de kostbare samples bewaart.
De sonde zal uiteindelijk twee van de drie geplande monsters nemen om geen onnodige schade te riskeren: de teams zijn ervan overtuigd dat de eerste operatie goed genoeg heeft gewerkt om materiaal in de capsule te projecteren. Ze accepteren echter met grote zorg een tweede monster aan de rand van de SCI-krater: het wetenschappelijke doel is te belangrijk om het te missen.

Breng de beker naar huis

Op het moment van schrijven is Hayabusa2 nog steeds actief op 20 km van zijn asteroïde. De teams ronden de laatste vluchtplannen af ​​om Ryugu te observeren zonder nog meer risico's te nemen voor zijn terugkeer naar de aarde, tussen november en december 2019. De sonde zal zijn ionenstuwraketten opnieuw aansteken om aan zijn reis naar onze planeet te beginnen. , wat hem ongeveer een jaar zou kosten.
Tijdens de laatste nadering laat het de monsterretourcapsule vallen die in de Australische woestijn zal landen voordat het wordt geopend. De inhoud ervan zal dan worden bestudeerd op de Japanse campus van Sagamihara, maar ook in de rest van de wereld dankzij een uitgebreid netwerk van partnerschappen. Het ontdekken, manipuleren en analyseren van deze stukjes asteroïde met instrumenten die vandaag ondenkbaar zijn op ruimtesondes, zal de kers op de taart van deze missie zijn.
Merk op dat de Japanners een speciaal partnerschap zijn aangegaan met NASA en het OSIRIS-REx-missieteam, waarvan de sonde momenteel de kleine asteroïde Bennu, ook een asteroïde van de C-klasse, onderzoekt en er omheen draait. De Amerikaanse missie moet ook materiaalmonsters terugbrengen (monsters staan ​​gepland voor zomer 2020), uitwisselingen zijn gepland tussen de Japanners en hun collega's in de VS. Een echte goudmijn!