Viaggio radar al centro dell'asteroide di Hera con il CubeSat Juventas

"Gli asteroidi di oggi sono frammenti collisionali dei mattoni originari del nostro intero Sistema Solare, quindi poter vedere come è strutturato l'interno di un asteroide ci darà preziose informazioni sia sull'evoluzione del Sistema Solare che in tema di difesa planetaria", spiega Michael Kueppers, Scienziato di Progetto della missione Hera dell'ESA. "Questo asteroide è un monolite solido o un ammasso di macerie tenuto insieme dalla sua gravità? La risposta ha conseguenze pratiche sul modo in cui in futuro gli asteroidi in arrivo potrebbero essere deviati lontano dalla Terra".

Di soli 37x23x10 cm di dimensione, il CubeSat Juventas è stato supervisionato per l'ESA dalla società lussemburghese GomSpace e l'integrazione del veicolo spaziale è avvenuta in Danimarca presso la sede centrale di GomSpace. L'azienda è specializzata in CubeSat - piccoli satelliti a basso costo, assemblati a partire da scatole di dimensioni standard di 10 cm - anche se di solito sono destinati all'orbita terrestre.

Costruire per lo spazio profondo

Jan Persson è a capo del progetto Juventas per GomSpace: "Questa è una missione molto diversa rispetto ai soliti CubeSat che produciamo e facciamo volare. Andare oltre l'orbita terrestre e nello spazio profondo è un'opportunità rara, che richiede un'attenzione estremamente precisa ai dettagli. Juventas ha anche bisogno di un sistema di navigazione sufficientemente agile per volare intorno a un asteroide".

Hera’s CubeSat deployment process
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La missione asteroidale Hera dell'ESA è il contributo dell'Europa a un esperimento internazionale di difesa planetaria. A seguito dell'impatto nel 2022 della missione DART con la luna asteroidale Dimorphos - che ha modificato la sua orbita intorno all'asteroide "madre" Didymos, lanciando una colonna di detriti a migliaia di chilometri nello spazio - Hera farà ritorno su Dimorphos per eseguire un'indagine ravvicinata del cratere lasciato da DART. La missione misurerà anche la massa e la composizione di Dimorphos, insieme a quella di Didymos.

Il lancio di Hera è previsto per l'ottobre 2024 e a bordo ci saranno due CubeSat per le osservazioni ravvicinate della coppia di asteroidi: Juventas sarà affiancato dalla missione iperspettrale Milani. Il trio resterà in contatto con gli asteroidi grazie a un innovativo sistema di collegamento intersatellitare.

Il più piccolo radar mai volato nello spazio

Chiamata con il nome romano della figlia di Hera, Juventas sarà anche piccola, ma ha un'ampia impronta tecnica. Il suo strumento radar a bassa frequenza - il più piccolo sistema radar mai volato nello spazio - è stato progettato dall'Istituto di Planetologia e di Astrofisica di Grenoble dell'Università Grenoble Alpes e dall'Università Tecnica di Dresda, mentre l'elettronica è stata realizzata da EmTroniX in Lussemburgo. I suoi segnali radar saranno trasmessi da un quartetto di antenne lunghe 1,5 metri, più lunghe della stessa navicella Juventas, fornite dalla Astronika in Polonia.

"Lo strumento Juventas Radar - o JuRa - è unico nel suo genere e fornirà alla comunità scientifica una rara visione della formazione di un asteroide", spiega Jan Persson. "È stato estremamente miniaturizzato per essere inserito nell'involucro del CubeSat. La sfida principale è stata che lo strumento genera molto calore all'interno del veicolo spaziale, elemento a cui il nostro team di Thermal Design di GomSpace ha lavorato con grande impegno".

Franco Perez Lissi, Ingegnere di Sistema della missione Hera, aggiunge: "Per volare da solo, Juventas incorpora anche una telecamera a luce visibile, lidar, degli startracker per la navigazione e un sistema di propulsione a gas freddo, oltre al collegamento radio intersatellitare per condividere la sua posizione e i suoi dati con Hera".

Per effettuare il rilevamento radar dell'asteroide più piccolo, Juventas entrerà in un'esclusiva "orbita terminatore auto-stabilizzata" intorno a Didymos. Ciò comporta un'orbita parallela alla linea terminatore giorno-notte dell'asteroide, bilanciando la debole attrazione gravitazionale dell'asteroide con la debole ma costante spinta della luce solare stessa - la pressione della radiazione solare. In effetti, la gravità di Didymos è così bassa che Juventas orbiterà a una velocità di pochi centimetri al secondo e JuRa sfrutterà questa bassa velocità per inviare lo stesso segnale codificato all'asteroide più volte, aumentando il rapporto segnale/rumore complessivo dello strumento. I segnali riflessi saranno decodificati e convertiti in un'immagine 3D sulla Terra.

In arrivo per l'atterraggio

Una volta completato il rilevamento radar, Juventas passerà in orbita attorno a Dimorphos per iniziare la fase successiva della sua missione: l'atterraggio sull'asteroide più piccolo. Jan Persson specifica: "Stiamo ancora analizzando il modo migliore per farlo, ma la nostra velocità dovrebbe essere abbastanza bassa - dell'ordine di centimetri al secondo - da permettere a Juventas di scendere senza rimbalzare di nuovo nello spazio. Da questo preciso momento, gli accelerometri e i giroscopi di bordo raccoglieranno dati per saperne di più sulle proprietà della superficie. Quando Juventas finalmente si riposerà, vogliamo che sia in configurazione stabile per far funzionare il secondo carico scientifico della navicella, il gravimetro GRASS".

Il primo strumento per misurare direttamente la gravità sulla superficie di un asteroide, il Gravimetro per Piccoli Oggetti del Sistema Solare (GRASS), è stato sviluppato dall'Osservatorio Reale del Belgio (ROB) insieme alla società spagnola EMXYS. Il piano prevede di registrare la variazione dei livelli di gravità su Dimorphos nel corso della sua orbita intorno a Didymos.

Sia il CubeSat Juventas che il CubeSat Milani hanno raggiunto la loro nave madre Hera per essere testati presso il Test Centre in ESTEC, il sito ESA nei Paesi Bassi, la più grande struttura di test per veicoli spaziali d'Europa. Il trio sarà collocato nella camera di compatibilità elettromagnetica Maxwell per verificare che i collegamenti intersatellitari funzionino come previsto.