De Japanse Hayabusa ruimtemissie bestond uit een onbemande ruimtesonde en een kleine lander die in september 2005 een bezoek brachten aan het Near Earth Object (NEO) 25143 Itokawa. NEO's worden ook wel 'aardscheerders' genoemd. Dit zijn asteroïden of brokstukken met een zodanige baan om de zon dat ze de baan van de Aarde kruisen of zich zeer dicht in de buurt van onze planeet bevinden.
Het ruimtetuig bestudeerde de samenstelling, de vorm, de kleur, de afkomst en de topografie van de asteroïde waarna in november 2005 de ruimtesonde een zachte landing maakte op het oppervlak van het verlaten hemellichaam om er bodemstalen van te nemen. Vervolgens keerde Hayabusa terug naar de Aarde waarna een kleine terugkeercapsule in juni 2010 de bodemstalen van de asteroïde naar de Aarde bracht. Hayabusa was 's werelds eerste ruimtetuig dat bodemmonsters van een asteroïde terug naar de Aarde bracht en was daarnaast ook het eerste tuig dat een zachte landing maakte op een asteroïde en er terug van wegvloog. Ondanks de vele wijzigingen en technische problemen die deze missie kende, verwezenlijkte Hayabusa vrijwel alle doelstellingen.
Hayabusa ruimtetuig
Het Japanse Hayabusa ruimtetuig had een gewicht van 510 kilogram en was 1 x 1,6 x 2 meter groot. Naast enkele wetenschappelijke instrumenten zoals een Near Infrared Spectrometer, een Laser Range Finder (LRF), een Fan Beam sensor (FBS), een Wide View Camera (ONC-W) en een X-Ray Fluorescence Spectrometer werd Hayabusa ook uitgerust met het Sampler-instrument. Met de Sampler zou Hayabusa vanop het oppervlak van de asteroïde 25143 Itokawa bodemstalen nemen die dan zouden opgeslaan worden in twee containers aan boord van een kleine terugkeercapsule. Deze bodemstalen zou men kunnen nemen nadat Hayabusa een landing zou maken op het oppervlak van de asteroïde. In tegenstelling tot andere ruimtetuigen beschikte Hayabusa niet over een landingsgestel maar zou het ruimtetuig het oppervlak van Itokawa enkel 'aanraken' met het Sampler-instrument. De, met een hitteschild uitgeruste, capsule zou dan uiteindelijk voor de terugkeer in de atmosfeer van de Aarde worden afgestoten waarna deze een zachte landing zou maken door middel van een parachute.
Artistieke impressie van de Hayabusa ruimtesonde laag boven het oppervlak
van de asteroïde Itokawa - Foto: JAXA
Lancering en vlucht
Normaal zou Hayabusa in juli 2002 in de ruimte gebracht zijn waarna het ruimtetuig de asteroïde 4660 Nereus moest bezoeken. Door een mislukte M-V lancering in juli 2000 werd de lancering van Hayabusa echter uitgesteld waardoor de ruimtesonde een nieuw doel moest krijgen. Uiteindelijk werd er gekozen voor de asteroïde 1998 SF36 die later genoemd werd naar de Japanse ruimtevaartpionier Hideo Itokawa. De 510 kilogram zware Hayabusa ruimtesonde werd op 9 mei 2003 in de ruimte gebracht door een Japanse M-V raket vanop het Uchinoura Space Center (Kagoshima Space Center). Meteen na de geslaagde lancering werd de originele naam van het ruimtetuig (MUSES-C) gewijzigd naar 'Hayabusa' wat in het Japans zoveel betekent als 'valk'. Hayabusa zette vervolgens zijn reis naar de verlaten asteroïde verder met behulp van vier op xenon werkende ionenmotoren. In 2003 dook echter wel al een eerste ernstig probleem op met Hayabusa toen bleek dat een zware zonne uitbarsting zonnecellen beschadigd had aan boord van de ruimtesonde. Dit leidde uiteindelijk tot een zwakkere voortstuwing aangezien de elektrische energie die nodig is voor het ioniseren van de brandstof en het versnellen van de vrijkomende ionen wordt ontleend aan zonnepanelen. Hierdoor werd duidelijk dat Hayabusa later dan voorzien zou aankomen bij Itokawa en er slechts twee in plaats van drie landingen zouden kunnen uitgevoerd worden. Hayabusa maakte op 27 mei 2004 ook een zogenaamd 'swing-by' manoeuvre langs de Aarde. De eerste foto van de asteroïde Itokawa gemaakt door Hayabusa werd op 14 augustus 2004 aan de pers getoond. Op deze foto was de asteroïde nauwelijks te zien. Naarmate Hayabusa zich dichter bij de asteroïde begaf, werden de foto's steeds beter. Zo slaagden wetenschappers er in om op 4 september 2005 de vorm van de asteroïde te bepalen waarna men verschillende heuvels op het hemelobject detecteerde. Op 12 september 2005 kwam de Japanse ruimtesonde uiteindelijk aan bij de asteroïde waarna Hayabusa zich meteen in een heliocentrische baan om het object begaf. JAXA gaf op 15 september 2005 een eerste gedetailleerde kleurenopname van de asteroïde vrij en maakte op 4 oktober 2005 bekend dat de verkenner zich met succes in zijn 'home position' bevond op een afstand van 7 kilometer van Itokawa.
Gedetailleerde opname gemaakt door Hayabusa van het oppervlak
van de asteroïde Itokawa - Foto: JAXA
MINERVA lander
Hayabusa droeg ook de 600 gram zware MIcro/Nano Experimental Robot Vehicle (MINERVA) lander met zich mee naar de asteroïde 25143 Itokawa. Dit kleine tuigje was ongeveer 12 centimeter groot en werd op 12 november 2005 losgemaakt van Hayabusa. Normaal had deze kleine lander gebruik moeten maken van de zwakke aantrekkingskracht van de asteroïde om te landen op het hemellichaam waarna het tuigje zelfs enkele malen van plaats zou kunnen veranderen door op en neer te 'springen'. Een dergelijk tuig wordt ook wel een 'space hopper' genoemd. Toen de hoogtemeter aan boord van Hayabusa opmerkte dat deze zich slechts 44 meter van het oppervlak van de asteroïde bevond, werd een automatische procedure gestart waardoor MINERVA losgemaakt werd. Uiteindelijk bleek dat de lander te vroeg losgemaakt werd van Hayabusa waardoor MINERVA niet aangetrokken werd door de aantrekkingskracht van de asteroïde maar verdween in de ruimte. Indien MINERVA toch zou geslaagd zijn in zijn missie zou dit de eerste succesvolle space hopper geweest zijn.
Landing op asteroïde 25143 Itokawa
Nadat Hayabusa half september 2005 was aangekomen bij de asteroïde maakte de ruimtesonde op 19 november 2005 een geslaagde landing op het oppervlak van dit hemellichaam. In het vluchtleidingscentrum heerste zeer veel onduidelijkheid tijdens de afdaling en de landing van de ruimtesonde aangezien één van de antennes niet kon gebruikt worden en er een communicatiestilte was door het overschakelen van het Deep Space Network (DSN) naar het Usuda volgstation. Volgens de laatste data die men had ontvangen, was Hayabusa niet geland op de asteroïde en was het ruimtetuig niet verder geraakt dan tien meter van het oppervlak van de Itokawa. De vluchtleiding stuurde een commando naar Hayabusa om verder af te dalen maar op het moment dat men opnieuw communiceerde met het ruimtetuig bleek deze zich al op een afstand te bevinden van 100 kilometer van de asteroïde. Uiteindelijk slaagde het Japanse ruimtevaartagentschap JAXA erin om alle data van de afdaling en de landing te analyseren waarna JAXA op 23 november 2005 bekend maakte dat Hayabusa weldegelijk was geland op de asteroïde. Het ruimtetuig zou dertig minuten verbleven hebben op het oppervlak van de asteroïde. Uit de ontvangen data bleek echter ook dat Hayabusa tijdens de eerste landing geen bodemstalen had genomen van de asteroïde doordat een sensor een obstakel had opgemerkt waardoor het ruimtetuig enkel een zachte landing maakte. Op 25 november 2005 landde Hayabusa een tweede maal op Itokawa maar ook tijdens deze landing slaagde de ruimtesonde er niet in om bodemstalen te nemen van het oppervlak van de asteroïde. Het ruimtetuig bracht zichzelf in een zogenaamde 'safe mode' (slaap modus) doordat het tuig tijdens de tweede afdaling een lek in het propulsiesysteem had opgemerkt. Toch was de missie nu niet mislukt aangezien wetenschappers en ingenieurs ervan overtuigd waren dat er zich toch stalen in het Sampler-instrument bevonden door stofdeeltjes die zouden zijn opgewaaid vanop het oppervlak tijdens de afdaling. Vluchtleiders en ingenieurs slaagden er op 30 november 2005 uiteindelijk in om de controle en communicatie met Hayabusa te herstellen maar een probleem met een controlesysteem kon men helaas niet herstellen. De vluchtleiding zat enorm verveeld met dit probleem aangezien Hayabusa voor een bepaald tijdstip terug moest keren naar de Aarde. Uiteindelijk hield JAXA op 6 december 2005 een persconferentie waarin de ongelukkige situatie van de ruimtesonde uitgelegd werd. Toen twee dagen later een onverwacht hoogteverschil werd opgemerkt tussen Hayabusa en de asteroïde en de communicatie met de ruimtesonde verloren ging, bleek het einde van deze missie nabij.
Terugkeer naar de Aarde
Het Japanse ruimtevaartagentschap JAXA maakte op 7 maart 2006 bekend dat de communicatie met Hayabusa opnieuw hersteld was. Een dag eerder bleek uit de ontvangen data dat Hayabusa zich op een afstand van 13 000 kilometer van de asteroïde bevond en het tuig met een snelheid van 3 meter per seconde rond Itokawa cirkelde. Begin 2007 maakte men ook bekend dat slechts 7 van de 11 battereijen aan boord van Hayabysa nog werkten en dat de terugkeercapsule zich volledig gesloten had. Op 1 juni 2007 maakte Project Manager Jun-ichiro Kawaguchi bekend dat twee van de vier ionenmotoren normaal werkten waardoor het tuig kon terugkeren naar de Aarde. Eind augustus 2007 slaagde men erin om een derde ionenmotor tot ontbranding te brengen waarna op 29 oktober 2006 het bericht kwam dat Hayabusa de eerste fase van zijn terugkeer met succes voltooid had. Begin februari 2009 werd de tweede fase in de terugkeer van Hayabusa ingezet waarna begin maart 2010 bekend raakte dat het ruimtetuig zich voorbij de baan van de maan bevond. Uiteindelijk begon de terugkeercapsule van het Hayabusa ruimtetuig op 13 juni 2010 aan zijn afdaling in de atmosfeer van de Aarde. Een internationaal team van wetenschappers zag aan boord van een DC-8 vliegtuig vanop een hoogte van 11,9 kilometer hoe de capsule met een snelheid van 12,2 kilometer per seconde de atmosfeer van de Aarde binnendrong. De kleine capsule beschikte over een hitteschild en een parachute waardoor dit als een traditioneel ruimtetuig kon landen op Aarde. Terwijl de Hayabusa ruimtesonde zelf opbrandde in de atmosfeer landde de terugkeercapsule in een afgelegen gebied in Australië. De exacte locatie van de capsule kon door een radiosignaal en GPS worden achterhaald waarna een bergingsteam met een helikopter zich tot bij de terugkeercapsule begaven. Het gespecialiseerde bergingsteam nam uitgebreid foto's van de capsule en onderzocht of de capsule zich zoals gepland in een plastieken omhulsel bevond. In dit omhulsel bevond zich puur stikstofgas om besmetting te voorkomen. Het team nam zowel de terugkeercapsule alsook de grond waarin de capsule neergekomen was, mee naar Japan waar het op 18 juni 2010 aankwam in JAXA's Sagamihara campus.
De kleine terugkeercapsule wordt na zijn landing al een eerste maal onderzocht
alvorens deze wordt meegenomen naar Japan - Foto: JAXA
Bodemstalen en ontdekkingen
JAXA maakte op 7 oktober 2010 bekend dat er ongeveer 100 deeltjes werden aangetroffen in de container waarin de bodemstalen zouden opgeslaan worden. Volgens Japanse wetenschappers zou het mogelijk zijn dat een deel van deze deeltjes, die kleiner waren dan 0,001 millimeter, een kosmische achtergrond hadden. Na een eerste analyse begin november 2010 werd bekendgemaakt dat de meeste deeltjes die aangetroffen werden in de twee compartimenten van de container aan boord van de terugkeercapsule afkomstig waren van de asteroïde 25143 Itokawa. Naast de teruggebrachte bodemmonsters ontdekten wetenschappers dankzij de Hayabusa missie ook dat de asteroïde Itokawa weldegelijk een asteroïde van het S-type is en dat deze wellicht gevormd werd door twee kleinere asteroïden. Op de vele foto's die Hayabusa maakte van het in 1998 ontdekte hemellichaam zijn verrassend genoeg nauwelijks of geen inslagkraters te zien.
