Een Amerikaans-Duits team van onderzoekers heeft voorgesteld een microschaal, goedkope oppervlaktelander voor de in situ karakterisering van een asteroïde. Het kleine ruimtevaartuig, genaamd de Pico Autonomous Near-Earth Asteroid In Situ Characterizer (PANIC), een doorbraak kan zijn voor de wetenschappelijke gemeenschap, het aanbieden van een eenvoudige, goedkope oplossing voor asteroïde-onderzoek.

Het concept van de PANIC-missie voorziet in een tetraëdervormige lander met een randlengte van slechts 35 centimeter en een totale massa van ongeveer 26,5 lbs. (12 kilo). De grootte en structuur van het ruimtevaartuig zullen het mogelijk maken om vier wetenschappelijke instrumenten te huisvesten. De lander zelf zal worden afgeleverd bij een asteroïde aan boord van een interplanetaire sonde, en eenmaal op het oppervlak van een ruimterots, zal hoppen gebruiken als voortbewegingsmechanisme in microzwaartekracht.

Volgens de auteurs van het artikel dat het PANIC-missieconcept beschrijft, een van de grootste voordelen van het project zou zijn eenvoud en kosteneffectiviteit zijn.

"We streefden naar een eenvoudig en goedkoop concept, mogelijke risico's te verkleinen. Ik geloof dat het mogelijk is om een ​​PANIEK-lander te bouwen binnen een kostenbudget van $ 5 tot $ 10 miljoen, ook gezien het feit dat de lander uitsluitend zou worden aangedreven door niet-oplaadbare primaire cellen met een levensduur van 24 tot 36 uur, " Karsten Schindler van de Technische Universität Dresden (TUD) in Duitsland en hoofdauteur van het artikel, vertelde Astrowatch.net.

De auteurs van de studie zijn van mening dat PANIC een geweldig alternatief zou zijn voor complexe en dure traditionele landers. Het zou een echte mijlpaal kunnen zijn in de geschiedenis van het onderzoek naar asteroïden, aangezien tot nu toe geen enkele landingspoging van een speciale lander succesvol is geweest op een asteroïde. De landing van NASA's NEAR Shoemaker-sonde aan het einde van zijn missie in 2001 op de nabije-aarde asteroïde (NEA) Eros en de twee landingen van de Japanse Hayabusa op de NEA Itokawa in 2005 leverden slechts zeer beperkte informatie op.

"Beide sondes raakten het oppervlak, maar ze hadden geen instrumenten aan boord voor een in-situ analyse. Een speciale lander zou een belangrijke toevoeging zijn aan elke toekomstige verkenningsmissie van asteroïden, omdat het ons in staat stelt de 'grondwaarheid' te meten die nodig is om teledetectiegegevens te kalibreren; een probleem waarmee elke ruimtevaartuigmissie wordt geconfronteerd, welk hemellichaam het ook verkent, hetzij op afstand van een baan of tijdens een fly-by, ' zei Schindler.

De onderzoekers stellen dat het haalbaar is om deze 'grondwaarheid'-gegevens te verkrijgen met zeer bescheiden kosten in ruimtevaartuiggewicht, kosten en operaties in de microzwaartekrachtomgeving van een klein lichaam. Ze merken op dat het idee van de PANIC-lander is om het oppervlak op meerdere locaties te bemonsteren, iets wat een voorbeeldretourmissie waarschijnlijk niet zou kunnen doen.

"Al deze informatie zal bijdragen aan ons begrip van de samenstelling en structuur van asteroïden, wat ook van vitaal belang is in termen van het impactgevaar van NEA's, en eventuele tegenmaatregelen die op een dag moeten worden genomen, ’ merkte Schindler op.

Vier instrumenten werden door de auteurs voorgesteld als de wetenschappelijke lading van de PANIEKlander. Volgens de onderzoekers is om het maximale uit het vak te halen, het moet twee spectrometers dragen, één microscopische camera en één camera.

De Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS) zal worden gebruikt om elementaire abundanties op de landingsplaats direct te bepalen, terwijl de Near-Infrared Spectrometer (NIRS) zal worden gebruikt om de mineralogie en optische eigenschappen te bestuderen bij golflengten van 0,8 – 2,5 µm. Met een ruimtelijke resolutie van 6 µm/pixel, de Microscopic Imager (MIC) zal de korrelgrootteverdeling onderzoeken en op zoek gaan naar bewijs van randen gevormd door nanofase. Het stereocamerasysteem (SC) maakt het mogelijk om het omringende terrein in één richting vanaf de lander in beeld te brengen met behulp van zijn groothoeklens en de afstand en grootte van geologische oppervlaktekenmerken te meten.

"We zijn van mening dat de minimale nuttige lading een combinatie moet zijn van een nabij-infraroodspectrometer en een microscopische imager. Waarom? Spectrale eigenschappen worden aanzienlijk beïnvloed door de deeltjesgrootte, oppervlaktetemperatuur, fasehoek en bestraling, ' zei Schindler.

Bijvoorbeeld, NIRS met behulp van een gekalibreerde lichtbron en een goed gedefinieerde kijkgeometrie dicht bij het oppervlak, zou helpen om op afstand verworven spectra te interpreteren.

"Om verschillende technieken te valideren om spectra te modelleren, we hebben informatie nodig over de gemiddelde deeltjesgrootte die alleen kan worden verkregen uit microscopische afbeeldingen. Hetzelfde, deze beelden zouden ons in staat kunnen stellen om veranderingen in de optische kenmerken te zien die het gevolg zijn van ruimteverwering, ’ voegde Schindler eraan toe.

Het concept van de PANIC-lander is geïnspireerd op de MINERVA-lander van Hayabusa en op CubeSats. MINERVA was voor hen een voorbeeld om te volgen, aangezien het volledig uit commerciële, kant-en-klare componenten voor een extreem laag budget. Dit Japanse mini-ruimtevaartuig had een levensduur van 18 uur in Itokawa, ondanks zijn lot om te ontsnappen aan het zwaartekrachtveld van de asteroïde.

In 2008, tijdens NASA's zomerstudieworkshop bekend als het Small Spacecraft Summer Study Project (S4P), het idee van de PANIEK-lander evolueerde. De workshop, gericht op het ontwerpen van missies naar objecten in de buurt van de aarde (NEO's), resulteerde in het "Didymos Explorer" binaire rendez-vous missieconcept en PANIC werd opgenomen in deze studie, het stimuleren van de interesse in deze goedkope kleine asteroïde karakterisator.

"Na afloop van het programma, we gingen verder met een diepgaande studie van de lander als een op zichzelf staand instrument, wiens wetenschappelijke doelstellingen van toepassing zijn op elke missie naar een asteroïde, onafhankelijk van de uiteindelijke doelselectie. We hebben onze studie in september 2009 afgerond, en publiceerde alle bevindingen vervolgens in Acta Astronautica . We hadden geïnteresseerden bij NASA, DLR (Duits Lucht- en Ruimtevaartcentrum), de Max Planck Society en JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), alle studiemissies naar asteroïden in de buurt van de aarde in die tijd, en presenteerde dit concept op verschillende bijeenkomsten (o.a. het European Planetary Science Congress en de Planetary Defense Conference), meerdere vragen van verschillende kanten ontvangen, ’ onthulde Schindler.

Hoewel het PANIC-concept zich momenteel in een vroeg ontwikkelingsstadium bevindt, het kan worden gezien als een voltooide Fase 0-studie die gemakkelijk kan worden omgezet in de basis voor een voorstel om financiering te verwerven en hardware te bouwen voor een toekomstige vluchtmogelijkheid. Opmerkelijk, een soortgelijk begrip, de MASCOT-lander, is onafhankelijk onderzocht en is uiteindelijk gerealiseerd voor de Hayabusa 2-missie die in december 2014 werd gelanceerd. Het bewijst dat een dergelijk idee relatief snel kan worden geïmplementeerd.