La futura aventura del CubeSat Juventas en los asteroides Didymos y Dimorphos

El CubeSat Juventas, una diminuta nave espacial del tamaño de una caja de zapatos, entregada a la Agencia Espacial Europea (ESA) hace varios días para la misión Hera, promete dar un salto de gigante en las investigaciones sobre asteroides.

Una vez liberada desde la sonda espacial Hera en el sistema binario de asteroides de Didymos, el CubeSat Juventas realizará observaciones pioneras empleando el que será, según todos los indicios, el sistema de radar más pequeño desplegado en el espacio hasta entonces.

«Los asteroides actuales son fragmentos generados por colisiones de los componentes originarios de nuestro sistema solar, por lo que poder ver cómo está estructurado el interior de un asteroide nos proporcionará información valiosa sobre la evolución del sistema solar y la defensa planetaria», explica Michael Kueppers, científico del proyecto Hera de la ESA. «¿Es este asteroide un monolito sólido o una pila de escombros unidos por su gravedad? La respuesta tiene consecuencias prácticas sobre cómo podrían ser desviados en el futuro los asteroides que se aproximen peligrosamente a la Tierra».

Con unas dimensiones de solo 37 x 23 x 10 centímetros, el CubeSat Juventas ha sido preparado para la ESA por la empresa luxemburguesa GomSpace. La integración de la nave espacial se ha llevado a cabo en la sede central de GomSpace en Dinamarca. La empresa está especializada en CubeSats (pequeños satélites de bajo presupuesto ensamblados a partir de cajas estandarizadas de 10 centímetros), aunque generalmente se destinan a la órbita terrestre.

Desarrollo para el espacio profundo

Jan Persson lidera el proyecto Juventas para GomSpace: «Esta es una misión muy diferente a las de los CubeSats que solemos fabricar. Ir más allá de la órbita terrestre y adentrarse en el espacio profundo es una oportunidad única, que requiere una atención extremadamente precisa a los detalles. Juventas también necesita un sistema de navegación lo suficientemente ágil como para volar por sí mismo alrededor de un asteroide».

La misión Hera de la ESA a una pareja de asteroides es la contribución europea a un experimento internacional de defensa planetaria. Tras el impacto en 2022 de una nave a modo de proyectil (misión DART) contra el asteroide Dimorphos, una luna del asteroide mayor Didymos (que modificó su órbita alrededor de Didymos y envió una columna de escombros a miles de kilómetros en el espacio), Hera viajará a Dimorphos para realizar un estudio detallado del cráter dejado por la DART. En la misión, también se medirá la masa y determinará la composición de Dimorphos, además de las de Didymos.

El lanzamiento de Hera está previsto para octubre de 2024 y a bordo llevará dos CubeSats para observar de cerca la pareja de asteroides: a Juventas se unirá Milani, que realizará observaciones hiperespectrales. El trío permanecerá conectado alrededor de los asteroides mediante un innovador sistema de enlace entre satélites.

El radar más pequeño del espacio

Llamado así por el nombre romano de la hija de Hera, puede que Juventas sea pequeño, pero cuenta con características sin precedentes. Su instrumento de radar de baja frecuencia será el sistema de radar más pequeño desplegado en el espacio. Este radar ha sido diseñado por el Instituto de Planetología y Astrofísica de Grenoble, Francia, en la Universidad Grenoble Alpes y la Universidad técnica de Dresde en Alemania, con electrónica procedente de EmTroniX en Luxemburgo. Sus señales de radar se transmitirán desde un cuarteto de antenas de 1,5 metros de longitud, más largas que la propia nave espacial Juventas, que han sido aportadas por Astronika de Polonia.

«El Juventas Radar (JuRa) es un instrumento único que ofrecerá a la comunidad científica una visión poco frecuente de la formación de un asteroide», explica Jan Persson. «Se ha miniaturizado mucho para que quepa en la envoltura del CubeSat. El principal reto ha sido que el instrumento genera mucho calor dentro de la nave espacial, algo en lo que nuestro equipo de diseño térmico de GomSpace ha trabajado a fondo para solucionarlo».

El ingeniero de sistemas de Hera, Franco Pérez Lissi, añade: «Juventas lleva una cámara de luz visible, un sistema láser lidar, rastreadores estelares para la navegación y un sistema de propulsión por gas frío, además del enlace de radio intersatelital para compartir su posición y datos con Hera».

Con el fin de realizar una exploración por radar del asteroide más pequeño, Juventas entrará en una «órbita terminadora autoestabilizada» única alrededor de Didymos. Esto implica orbitar en paralelo a la línea que separa el día de la noche del asteroide, equilibrando la débil atracción gravitatoria del asteroide con el débil pero constante empuje de la propia luz solar: la presión de la radiación solar. De hecho, la gravedad de Didymos es tan baja que Juventas orbitará a una velocidad de solo unos centímetros por segundo y JuRa aprovechará esa baja velocidad para enviar la misma señal codificada al asteroide varias veces, incrementando la relación señal-ruido global del instrumento. Las señales reflejadas se descodificarán y convertirán en una imagen 3D en la Tierra.

Juventas sobrevolando Dimorphos. (Ilustración: © ESA – Science Office)

Aterrizaje de un CubeSat en un asteroide

Una vez que Juventas haya completado su exploración por radar, se pondrá en órbita alrededor de Dimorphos para comenzar la siguiente fase de su misión: aterrizar en el asteroide más pequeño. Jan Persson señala: «Todavía estamos analizando la mejor manera de hacerlo, pero nuestra velocidad debería ser lo suficientemente baja, del orden de centímetros por segundo, para que Juventas descienda sin rebotar de nuevo hacia el espacio. Los acelerómetros y giroscopios de a bordo recopilarán datos de ese momento para conocer mejor las propiedades de la superficie. Cuando Juventas se pose por fin, queremos que esté en una configuración estable para utilizar la segunda carga útil científica de la nave, el gravímetro GRASS».

El gravímetro GRASS es el primer instrumento que mide directamente la gravedad en la superficie de un asteroide. GRASS es el acrónimo de Gravimeter for Small System Solar Objects (Gravímetro para Pequeños Objetos del Sistema Solar. GRASS ha sido desarrollado por el Real Observatorio de Bélgica (ROB) en colaboración con la empresa española EMXYS. El plan es que registre cómo cambia la gravedad en Dimorphos en el transcurso de su órbita alrededor de Didymos.

Tanto Juventas como Milani han sido colocados en su nave nodriza Hera para someterse a pruebas en unas instalaciones de la ESA en los Países Bajos. (Fuente: ESA)