Klein genoeg om een ​​vliegtuig handbagage te zijn, het Juventas-ruimtevaartuig heeft niettemin grote missiedoelen. Eenmaal in een baan rond zijn doellichaam, Juventas zal een antenne ontvouwen die groter is dan zichzelf, om het allereerste ondergrondse radaronderzoek van een asteroïde uit te voeren.

ESA's voorgestelde Hera-missie voor planetaire verdediging zal de twee Didymos-asteroïden verkennen, maar het zal er niet alleen heen gaan:het zal ook dienen als moederschip voor Europa's eerste twee 'CubeSats' om de verre ruimte in te reizen.

CubeSats zijn missies van nanosatellietklasse gebaseerd op gestandaardiseerde dozen van 10 cm, maximaal gebruik maken van commerciële kant-en-klare systemen. Juventas wordt een '6-unit' CubeSat, geselecteerd om aan boord van Hera te vliegen samen met de APEX Asteroid Prospection Explorer van vergelijkbare grootte, gebouwd door een Zweeds-Fins-Duits-Tsjechisch consortium.

Juventas – de Romeinse naam voor de dochter van Hera – wordt voor ESA ontwikkeld door het bedrijf GomSpace en GMV in Roemenië, samen met consortia van andere partners die de ruimtevaartuiginstrumenten ontwikkelen.

"We stoppen veel complexiteit in de missie, " merkt GomSpace-systeemingenieur Hannah Goldberg op. "Een van de grootste misvattingen over CubeSats is dat ze eenvoudig, maar we hebben allemaal dezelfde systemen als een ruimtevaartuig van standaardformaat.

"Een andere reputatie van CubeSats is dat ze niet zoveel doen, maar we hebben meerdere missiedoelen in de loop van onze maandlange missie rond de kleinere Didymos-asteroïde. Een van onze CubeSat-eenheden is gewijd aan ons laagfrequente radarinstrument, wat een primeur zal zijn in de asteroïdenwetenschap."

Juventas zal anderhalve meter lange radarantenne inzetten, die zich zal ontvouwen als een meetlint, en is ontwikkeld door Astronika in Polen. Dit instrument is gebaseerd op de erfenis van de CONSERT-radar die op ESA's Rosetta-komeetjager vloog, onder toezicht van Alain Herique van het Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG).

De radarsignalen moeten honderd meter diep reiken, inzicht geven in de interne structuur van de asteroïde. "Is het een puinhoop, of iets meer gelaagd, of monolithisch?" voegt Hannah toe, die eerder werkte bij asteroïde mijnbouwbedrijf Planetary Resources voordat hij naar GomSpace verhuisde.

"Dit is het soort informatie dat essentieel zal zijn voor toekomstige mijnmissies, inschatten waar de middelen zijn, hoe verward ze zijn, en hoeveel moeite het kost om ze eruit te halen."

ESA-radarspecialist Christopher Buck heeft samen met IPAG aan het instrumentontwerp gewerkt:"De grootte en het vermogen van ons radarinstrument is veel kleiner dan die van eerdere missies, dus wat we doen is een pseudo-willekeurige codereeks gebruiken in de signalen - denk aan het alternatief voor een arme man. Navigatiesatellieten gebruiken een vergelijkbare techniek, waardoor ontvangers hun zeer lage vermogen kunnen compenseren.

"We sturen een reeks signalen met een constant verschuivende signaalfase, dan bouwen we geleidelijk een beeld op door de reflecties van deze signalen te correleren, met behulp van hun faseverschuivingen als onze gids. Een van de redenen waarom we dit kunnen doen, is dat we relatief langzaam rond de asteroïde zullen draaien, in de orde van enkele centimeters per seconde, waardoor we langere integratietijden hebben in vergelijking met banen rond de aarde of andere planeten."

De technologie bewees zich met de Rosetta, waar de CONSERT-radar diep in de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko tuurde en hielp de Philae-lander op het oppervlak van de komeet te lokaliseren. Juventas gebruikt een compactere 'monostatische' versie van het ontwerp.

Terwijl Jupiter in een baan om de aarde draait, de CubeSat zal ook gegevens verzamelen over het zwaartekrachtveld van de asteroïde met behulp van zowel een speciale 3-assige 'gravimeter' - eerst ontwikkeld door de Koninklijke Sterrenwacht van België voor de voorgestelde Mars-manenverkenningsmissie van Japan - als zijn radioverbinding terug naar Hera, het meten van elke Doppler-verschuiving van communicatiesignalen veroorzaakt door de nabijheid van het lichaam.

"Maar de missie wordt ontworpen om te werken met minimaal contact met het moederschip en de grond, dagenlang autonoom werken, " zegt Hanna.

"Dit is een groot verschil met de baan om de aarde, waar de communicatie veel eenvoudiger en frequenter is. Dus vliegen we in een zogenaamde 'zelfstabiliserende terminatorbaan' rond de asteroïde, loodrecht op de zon, waarbij minimaal manoeuvreren bij het station nodig is."

De laatste fase van de missie zal komen met een nauwkeurig gecontroleerde poging om op de asteroïde te landen.

"We hebben gyroscopen en versnellingsmeters aan boord, dus we zullen de kracht van onze impact opvangen, en eventueel daaropvolgend stuiteren, om inzicht te krijgen in de oppervlakte-eigenschappen van de asteroïde - hoewel we niet weten hoe goed Juventas zal blijven werken als hij eindelijk is geland. Als we na de impact succesvol kunnen opereren, we zullen doorgaan met het nemen van lokale zwaartekrachtveldmetingen vanaf het oppervlak van de asteroïde."

De Hera-missie, inclusief de twee CubeSats, zal in november worden gepresenteerd op de Space19+-bijeenkomst van ESA, waar de Europese ruimteministers een definitief besluit zullen nemen over het vliegen van de missie.