En lång radarbom som ska sondera under ytan av Jupiters isiga månar har testats på jorden med hjälp av en helikopter.

ESA:s Jupiter Icy Moons Explorer, Juice, är planerad att lanseras 2022, anlände sju år senare. Den kommer att studera Jupiters turbulenta atmosfär och stora magnetfält, såväl som de planetstora månarna Ganymedes, Europa och Callisto. Alla tre månarna tros ha oceaner av flytande vatten under sin isiga skorpa och bör ge viktiga ledtrådar om potentialen för sådana kroppar att hysa beboeliga miljöer.

Ett sätt att bestämma arten av månarnas underyta är att penetrera genom isen med radar. Det kommer att vara uppgiften för instrumentet Radar for Icy Moons Exploration, som kommer att vara den första i sitt slag som kan utföra direkta mätningar under ytan av världar i det yttre solsystemet.

En 16 m lång bom kommer att sättas ut efter uppskjutning och, en gång vid Jupiters månar, den kommer att sända radiovågor mot ytan och analysera tidpunkten och styrkan av deras reflektioner från särdrag begravda till cirka 9 km. Den kommer att se vertikala detaljer så små som 50 m.

Det kommer också att hjälpa till att karakterisera det breda utbudet av kompositions-, termiska och strukturella variationer som förväntas i underytan av dessa unika och geologiskt komplexa världar.

För att mäta nyckelegenskaper hos antennen, och för att verifiera datorsimuleringar, ett test utfördes med en helikopter som opererade från en segelflygplats i Heiligenberg, nära Friedrichshafen, Tyskland, förra veckan. Antennen var monterad på en förenklad mock-up av rymdfarkosten och hängde 150 m under helikoptern, som svävade mellan 50 och 320 m över marken.

Testerna utfördes med antennen och solpanelen i horisontella och vertikala riktningar med avseende på rymdskeppsmodellen, att förstå samspelet mellan rymdskeppskomponenterna och antennen, och att testa egenskaperna hos de returnerade signalerna.

Helikoptern erbjöd flexibiliteten att flyga nära marken i smidiga manövrar, inklusive figur av åtta banor.

"Alla experimenten slutfördes och gav en stor mängd data som kommer att analyseras under de kommande veckorna för att vägleda nästa steg i instrumentets utveckling och för att förbättra modelleringen av våra mjukvarusimuleringar som utvecklats i laboratoriet, " säger chefsutredaren Lorenzo Bruzzone från University of Trento, Italien.

"Testet var ett grundläggande steg mot att förstå beteendet hos den verkliga antennen som i slutändan kommer att göra det möjligt för oss att utföra mycket exakta mätningar av radarekon som reflekteras från de jovianska ismånarnas djupa yta."

Juice kommer att flyga förbi månarna på avstånd mellan 1000 km och 200 km. Den kommer också att kretsa runt Ganymedes i nio månader, med de senare fyra månaderna på ca 500 km höjd.

Medan haven av Jupiters månar sannolikt är begravda på betydande djup under deras isiga skorpa, radarn kommer att kunna hjälpa till att sätta ihop ledtrådar om deras komplexa utveckling.

Till exempel, den kommer att utforska Europas potentiellt aktiva regioner och kunna urskilja var sammansättningen förändras, som om det finns lokala, grunda vattenreservoarer inklämda mellan isiga lager.

Den kommer att kunna hitta "avböjda" underjordiska lager, som kommer att hjälpa till att bestämma Ganymedes tektoniska historia i synnerhet. Skillnaden mellan is och icke-ismaterial kommer också att vara möjlig, kanske möjliggör detektering av nedgrävda cyrovulkaniska reservoarer.

På Callisto, radarprofilering kommer att hjälpa till att förstå utvecklingen av stora nedslagskraterstrukturer som är uppenbara på ytan, som vanligtvis visar flera fälgar och en central kupol. Deras natur ger ledtrådar till ytans och underytans beskaffenhet vid tidpunkten för nedslaget.

"Att se in i underytan av dessa månar med radar kommer att vara som att se tillbaka i tiden, hjälper oss att fastställa den geologiska utvecklingen av dessa gåtfulla världar, säger Olivier Witasse, ESA:s Juice-projektforskare.

"Radaren är ett av 10 instrument på vår rymdfarkost som tillsammans kommer att vara den mest kraftfulla fjärravkänningen, geofysisk, och in situ nyttolastkomplement som någonsin flugits till det yttre solsystemet."