SA's Hera-missie voor planetaire verdediging, ontworpen om de kleinste asteroïde ooit te onderzoeken, is echt drie ruimtevaartuigen in één. Het hoofdmoederschip zal twee CubeSats ter grootte van een aktetas vervoeren, die het doellichaam zal raken. Een Frans team heeft onderzocht wat er zou kunnen gebeuren op dat eerste moment van buitenaards contact.

"We hebben een bestaande drop-toren aangepast en opgetuigd met een systeem van katrollen en contragewichten om een ​​omgeving met lage zwaartekracht te simuleren, " legt onderzoeker Naomi Murdoch van het Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-Supaero) uit, onderdeel van de Universiteit van Toulouse.

"We kunnen naar een paar procent van de zwaartekracht van de aarde gaan in de testbox die we in de drop-toren plaatsen, met daarin een modellander en gesimuleerd asteroïde terrein.

"Ons team begon met een bolvormige lander die op een zandig oppervlak landde, maar we zijn overgegaan naar kubieke vormen die meer representatief zijn voor de werkelijke CubeSats. We hebben ook de invloed van verschillende oppervlaktematerialen bestudeerd, en probeerde te begrijpen hoe het landingsproces varieert met verschillende materiaaleigenschappen, zwaartekracht niveaus en snelheden.

"Dit is nodig, want elke keer dat we naar een andere asteroïde gaan, worden we verrast door wat we vinden. Bijvoorbeeld, Japanse Hayabusa2, momenteel de Ryugu-asteroïde aan het verkennen, heeft veel schaarser 'regolith'-stof en meer keien gevonden dan onderzoekers hadden verwacht."

De betrokken zwaartekracht is minder dan honderdduizendste van die van de aarde, veel lager dan kan worden gereproduceerd door het ISAE-Supaero-team. Dit betekent dat de landing zelf meer zal lijken op een aanmeren van een ruimtevaartuig dan op een traditionele planetaire landing.

"Stel je voor, bijvoorbeeld, als de CubeSats 200 m van het asteroïde-oppervlak worden losgelaten, dan hebben ze meer dan een uur nodig om die korte afstand naar de oppervlakte af te leggen, ", voegt Naomi toe. "Alles beweegt in een soort slow motion. Dan is er ook nog de mogelijkheid om weer af te stuiteren.

"De Philae-lander van de Rosetta-komeetjager stuiterde herhaaldelijk van het oppervlak van komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko voordat hij uiteindelijk tot rust kwam. Zeker als je een astronaut op het oppervlak was, zou je met ongelooflijk zachte stappen moeten lopen om te voorkomen dat je het oppervlak verlaat en nooit terug komen."

De hoop is dat beide CubeSats hun afdaling overleven om wat waarnemingen terug te geven, inclusief close-ups van het oppervlaktemateriaal. Maar het belangrijkste doel van de ISAE-Supaero-test is om zoveel mogelijk waardevolle gegevens uit dat eerste contactmoment te persen.

"We hebben onze testlander uitgerust met versnellingsmeters die vergelijkbaar zijn met die van een van de Hera CubeSats, " zegt Naomi. "We kunnen bijvoorbeeld zien hoe de impactdynamiek varieert op basis van de materiaaleigenschappen, van zand tot grof grind, beïnvloeden hoeveel we in het oppervlak dringen en hoe lang de botsing duurt.

"En we leren hoe resultaten verschillen op basis van hoe de CubeSats landen, of ze nu naar beneden komen of eerst met het gezicht naar beneden komen - een landing met de voorkant naar beneden zou een hogere piekversnelling geven. Aan het einde van onze tests hopen we een reeks gegevens te hebben om de daadwerkelijke landingen beter te interpreteren - en ook nuttig te zijn om de interacties van andere missies met asteroïden te begrijpen."

In 2005 waren onderzoekers op dezelfde manier in staat om kostbare kennis op te doen over de bevroren methaankorst van Saturnus' Maan Titan, door de manier waarop ESA's Huygens-lander wiebelde toen hij tot stilstand kwam. De beweging van de lander suggereert een oppervlakteconsistentie van vochtig zand, bedekt met een pluizige stoflaag, met vocht net onder het oppervlak - en de aanwezigheid van ten minste één kiezelsteen van 1-2 cm.

ISAE-Supaero's tests tot nu toe onderstrepen hoe Hera's doel met een diameter van 160 m, asteroïde met extreem lage zwaartekracht wordt een echt buitenaardse omgeving. "Het oppervlaktemateriaal zal zich ongetwijfeld anders gedragen, omdat het verminderen van de zwaartekracht de normaalkracht tussen deeltjes vermindert en dus ook de wrijving - dus er zou minder kracht nodig zijn om hetzelfde zanderige materiaal te penetreren.

"De lage zwaartekracht betekent ook een ander fenomeen zoals van der Waals-kracht, waardoor dingen als meel aan elkaar plakken, zal een veel grotere rol spelen. Het oppervlak van de asteroïde kan een verzameling grote rotsen hebben die zich uiteindelijk meer als meeldeeltjes gedragen. Of elektrostatische oplading kan ertoe leiden dat stof zweeft en over het oppervlak wordt getransporteerd."

Deze landingsgegevens moeten ook helpen bij het onthullen van schaalwetten die inherent zijn aan botsingsdynamiek, zich helemaal uitstrekken op de schaal tot de impact van NASA's DART-ruimtevaartuig met dezelfde asteroïde, om planetaire verdedigingstechnieken te testen.

De Hera-missie 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.