Naar de manen van Jupiter met Nederlandse wetenschap en technologie

De Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) is een van de grootse, een van de duurste, een van de meest ambitieuze planetaire ruimtemissies die Europa ooit ondernam. Hij wordt gelanceerd op 13 april om 14.15 uur onze tijd. Voor Nederlandse ingenieurs en wetenschappers wordt het een spannende dag, want zij zijn betrokken met innovatieve hardware én baanbrekende wetenschappelijke experimenten.

Juice bij Jupiter (beeld: ESA) Waarom willen we naar de manen van Jupiter? ‘Omdat we heel veel nog niet weten’, zegt Bert Vermeersen, hoogleraar Planetaire Exploratie van de TU Delft en co-onderzoeker van een van de instrumenten van Juice. ‘Onder het ijs op de Jupitermanen gaan grote oceanen van vloeibaar zout water schuil. Hoe zien die oceanen eruit? Hoe dik is het ijs? Zeggen de manen van Jupiter iets over de manen van exoplaneten? En is leven op een van de Jupitermanen mogelijk? Met Juice kunnen we voor het eerst naar de antwoorden zoeken.’

Juice is niet de eerste ruimtemissie die Jupiter bezoekt. In de jaren zeventig vlogen de Voyagers langs de reuzenplaneet. In de jaren negentig stuurde NASA de Galileo ruimtesonde. Maar Juice is van een heel andere orde, zegt Vermeersen: ‘Vorige missies kun je zien als een eerste kennismaking. Met Juice gaan we échte wetenschap doen. Deze missie gaat ontzettend veel gegevens opleveren over de situatie op onder meer Europa en Ganymedes. En dat is weer van belang voor toekomstige missies, die misschien wel gaan landen op het ijs en boren naar de oceaan eronder.’

Netwerk van radiotelescopen

Aan boord van Juice zijn elf experimenten, waaronder GALA en RIME. Laserhoogtemeter GALA gaat de topografie van de ijsmanen ontzettend nauwkeurig in kaart brengen en onderzoekt tektonische activiteit en getijdebewegingen. Het RIME radarinstrument kan tot negen kilometer diep onderzoek doen naar het ijs van de manen. Maar beide instrumenten werken pas écht goed als de positie van Juice heel nauwkeurig bepaald is. En daarvoor is het Nederlandse PRIDE experiment van groot belang.

Radiotelescoop bij Dwingeloo (beeld: JIVE) Dominic Dirkx, universitair docent Space Engineering aan de TU Delft, werkt samen met JIVE in Dwingeloo aan PRIDE. Een uniek experiment, omdat het geen massa aan de satelliet toevoegt. Het gebruikt uitsluitend de instrumenten die al aan boord zijn én een wereldwijd netwerk van radiotelescopen op aarde. Samen bepalen deze telescopen supernauwkeurig waar de ruimtesonde zich begeeft en hoe snel hij door de ruimte vliegt. Dirkx: ‘Met een waarneming van één minuut kunnen wij veranderingen van één millimeter zien in het vliegpad van Juice. En de locatie van het ruimtevaartuig bepalen we tot op een honderd miljoenste graad nauwkeurig. Dat is vergelijkbaar met het vinden van een radiozender op de maan met maximaal vijf centimeter marge.’

Nederlandse energie

Als PRIDE de locatie en snelheid van Juice exact bepaalt en de instrumenten aan boord werken naar behoren, dan stromen de wetenschappelijke gegevens binnen. Antwoorden op vragen als: hoe ziet het inwendige van de Jupitermanen eruit? Hoe heeft dit binnenste zich ontwikkeld? Wat zijn de condities in de oceanen onder het ijs? En wat gebeurt er onder het oppervlak? De data stroomt binnen, als de in Nederland ontwikkelde zonnepanelen voldoende energie opwekken om deze gegevens naar de aarde te verzenden.

Het kostte Airbus Nederland zes jaar van plannenmaken en daarna nog eens zes jaar om de zonnepanelen voor de Juice missie daadwerkelijk te produceren. Volgens Rob van Hassel, productportfoliomanager bij Airbus Nederland, gaat het om 23.560 speciale zonnecellen, verdeeld over twee vleugels met een oppervlak van in totaal 85 vierkante meter en een vermogen van 700 watt – nét genoeg om een maaltijd mee op te warmen in de magnetron.

‘Het bijzondere karakter van deze missie bracht de nodige uitdagingen met zich mee’, vertelt Van Hassel. ‘De panelen moeten opgewassen zijn tegen temperaturen van +250 graden als Juice langs Venus vliegt tot -237 graden bij Jupiter. Ze moeten twintig keer meer straling kunnen weerstaan dan aardobservatiesatellieten dicht bij de aarde. En ze moeten bestand zijn tegen tachtig tot honderd keer de zwaartekracht, veroorzaakt door trillingen tijdens de lancering.’

Deployment test zonnepanelen Juice (beeld: ESA / Airbus) Met hun typische kruisvorm, bedoeld om de spanwijdte van de vleugels te beperken, zijn de zonnepanelen one of a kind. Of toch niet? Van Hassel: ‘Ja, het is allemaal maatwerk. Maar met deze opdracht voor de Juice missie hebben we ons ook in de kijker gespeeld bij NASA. Nu ontwikkelen we de zonnepanelen voor de Amerikaanse Europa Clipper missie. Zo levert een Nederlandse investering in Juice dus mooie wetenschap op, maar ook vervolgopdrachten. Wat voor een bedrijf als Airbus heel belangrijk is.’

Meest geavanceerd

Ook Christian Erd en Alessandro Atzei, respectievelijk Spacecraft & System Manager en Payload System Engineer bij ESTEC in Noordwijk, kijken uit naar de lancering van Juice. De sonde is de eerste van drie ‘grootste klasse’ missies in ESA’s Cosmic Vision programma. Juice is 4,5 meter hoog en weegt 6.100 kilo inclusief 3.700 kilo stuwstof. Dagelijks stuurt Juice twee terabyte aan gegevens naar de aarde, verzameld met elf instrumenten, waaronder de zestien meter lange RIME antenne die onder het oppervlak van de ijsmanen kan ‘kijken’. ‘Dit is de grootste, meest geavanceerde set instrumenten die ooit naar Jupiter is gestuurd’, concluderen de ESA-medewerkers met gepaste trots.

Waarom Nederland meedoet aan deze grote onderneming? Daar kan Joost Carpay, adjunct-directeur van het NSO en vertegenwoordiger namens Nederland in de wetenschappelijke programmaraad (SPC) van ESA kort over zijn: ‘Nederland doet mee omdat we lid zijn van ESA, maar het gaat verder dan dat. Deze missie levert wetenschappers belangrijke nieuwe informatie op over ons eigen zonnestelsel en over leven in het heelal. En stelt Nederland in staat om nieuwe, baanbrekende ruimtevaarttechnologie te ontwikkelen.’