De reis van Hayabusa, die in mei 2003 werd gelanceerd, verliep niet vlekkeloos. De eerste poging om de ruimtesonde op Itokawa te laten landen en stof te laten verzamelen, mislukte. De tweede poging slaagde waarschijnlijk wel, zo hoopt althans de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA. De terugkeer van Hayabusa naar de aarde liep wegens een brandstoflek bovendien drie jaar vertraging op en afgelopen november liep de missie nog bijna spaak door problemen met de besturing en ionenmotors.

De terugkeer van de sonde -dat wil zeggen, als deze slaagt- is bijzonder, zegt dr.ir. Bart Janssen, senior consultant bij het Laboratory for Industrial Mathematics Eindhoven (kortweg LIME) van de faculteit Wiskunde & Informatica. Het zou de eerste keer zijn dat een monster van een asteroïde vanuit de ruimte naar de aarde wordt gebracht, vertelt hij. Volgens Janssen zijn wel eens ruimtesondes langer en verder weg geweest, maar verdwenen die stuk voor stuk uit beeld om nooit meer terug te keren.

De terugkeer van Hayabusa is volgens Janssen een behoorlijk spannende aangelegenheid. De vierhonderd kilo wegende sonde -inclusief de achttien kilo zware capsule met het monster- komt met een snelheid van zo’n 12,2 kilometer per seconde en onder een hoek van twaalf graden de dampkring binnen. Dit gebeurt boven de woestijn van Australië.

Eenmaal terug in de aardatmosfeer wordt de luchtdichtheid steeds groter en de wrijving steeds sterker. Hierdoor worden de Hayabusa-sonde en capsule intens heet en zal de sonde in stukken uit elkaar vallen. Janssen en zijn LIME-collega dr. Christina Giannopapa, momenteel werkzaam bij het European Space Policy Institute in Wenen, gaan deze brokstukken en hun precieze baan mede in beeld brengen. “We willen vooral weten hóe de sonde uit elkaar breekt”, zegt Giannopapa, “om daarmee ook het opbreken van toekomstige destructieve ‘re-entries’ beter te kunnen voorspellen.”

Tussen alle brokstukken dringt ook de capsule met het monster dieper de dampkring binnen. De capsule heeft een speciaal hitteschild om de intense hitte waarmee de terugkeer gepaard gaat te overleven. Spannend is vooral of dit schild, dat met de terugkeer van Hayabusa voor het eerst echt wordt getest, aan de verwachtingen gaat voldoen. Nadat de dampkring de capsule volledig heeft afgeremd, daalt deze neer boven Woomera ten noorden van Adelaide. Op tien kilometer hoogte zal zich een parachute ontvouwen om de capsule veilig naar de grond te helpen. De capsule en het hitteschild worden later geborgen en teruggebracht naar Japan voor verder onderzoek.

Christina Giannopapa (rechts) tijdens een eerdere missie: de terugkeer van de Jules Verne in 2008.

Janssen en Giannopapa helpen mee om de temperatuur van het hitteschild te meten en te bepalen hoeveel licht de gigantische geluidsschok, die de sonde door haar enorme snelheid maakt, uitstraalt. Aan het teruggevonden hitteschild kunnen onderzoekers later zien hoe goed dit de omstandigheden heeft doorstaan. De hitte die de capsule moet verdragen, is vergelijkbaar met die van aankomsten van ruimtevaartuigen op Mars. Dit maakt dat de data die tijdens het terugkeerproces worden verzameld van groot belang zijn voor toekomstige bemande missies naar de rode planeet.

Janssen en Giannopapa zijn inmiddels al in het Amerikaanse Californië voor ‘Hayabusa Re-entry MAC’, zoals de missie voluit heet. De operatie wordt geleid door dr. Peter Jenniskens, een meteoorastronoom uit Limburg die sinds 1993 bij NASA Ames Research Center en het SETI Instituut werkt. Jenniskens mobiliseerde al eerder onderzoekers voor de terugkeer van de capsule van NASA’s Stardust-missie met een monster van de komeet Wild 2.

In Californië wordt alle apparatuur nogmaals uitgebreid getest, gekalibreerd en geïnstalleerd. Daarna vliegt het internationale gezelschap van onderzoekers naar het Australische Melbourne, waar nog eventuele laatste aanpassingen kunnen worden gedaan voordat de deelnemers naar de precieze plaats van handeling worden gebracht. Daar stappen Janssen en Giannopapa zondagavond 13 juni aan boord van een Douglas DC-8. Van hieruit zullen ze met vier ‘high frame rate’-camera’s de rentree, het uiteenvallen en daarbij vrijkomende brokstukken van Hayabusa in beeld te brengen. Dit op een hoogte van zo’n tien kilometer en op een veilige afstand van ongeveer honderd kilometer: “Dichterbij hoef ik ook echt niet zijn”, verzekert Janssen, doelend op de impact van de terugkeer.

De speciale camera’s maken zo’n duizend beeldjes per seconde. Ter vergelijking: voor gewone televisiebeelden worden over het algemeen vijfentwintig beelden per seconde gebruikt. Hiermee kan het opbreken van de sonde nauwgezet en met behoud van details worden gevolgd. Ook de resolutie van 2048 x 2048 pixels is aanzienlijk hoger dan gemiddeld.

Andere onderzoekers aan boord bedienen onder andere zogeheten ‘intensified’ camera’s (camera’s die extreem lichtgevoelig zijn) en camera’s die werken met spectometrie, waarmee te zien is welke golflengte een brokstuk uitzendt en daarmee bijvoorbeeld uit welk materiaal dat brokstuk bestaat. Na afloop worden de verzamelde beelden en andere gegevens over de brokstukken uitvoerig geanalyseerd. Met behulp hiervan wordt bepaald hoe de sonde is opgebroken en of sommige brokstukken mogelijk niet zijn opgebrand en op aarde zijn neergekomen.

De missie -die wordt gecoördineerd door NASA, de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA en de University of Southern Queensland- is een grote operatie, vertelt LIME-consultant Janssen. Niets wordt aan het toeval overgelaten. Zo krijgen de deelnemers onder meer een uitvoerige training bij NASA en leren ze bijvoorbeeld een strikt eet- en slaapritme te hanteren. “Het is natuurlijk niet de bedoeling dat je straks, in die minuut dat het erop aankomt, in slaap sukkelt.”

Het is niet het eerste ruimtevaartproject waaraan de LIME-onderzoekers deelnemen. In september 2008 legde Giannopapa al de terugkeer van de Jules Verne vast, die vijf maanden aan het internationale ruimtestation ISS gekoppeld was. Dit onbemande ruimtevaartuig, overigens niet voorzien van een hitteschild, explodeerde boven de zuidelijke Stille Oceaan. Giannopapa, Janssen en hun LIME-collega dr.ir. Bas van der Linden (ook betrokken bij de komende missie) zijn nog altijd bezig met de verwerking van data van deze missie die vanuit twee vliegtuigen werden verzameld./.

Volg de TU/e-onderzoekers tijdens hun missie via hun blog.

Een beeld van de asteroïde Itokawa.

De rentree van ‘Jules Verne’ in 2008.
Foto: NASA/ESA

De Hayabusa-ruimtesonde.