SA:s Hera-uppdrag för planetariskt försvar, designad för att undersöka den minsta asteroid som någonsin utforskats, är verkligen tre rymdfarkoster i en. Huvudmoderskeppet kommer att bära två portföljstora CubeSats, som kommer att landa på målkroppen. Ett franskt team har undersökt vad som kan hända vid det första ögonblicket av kontakt med utomjordingar.

"Vi har anpassat ett befintligt falltorn och riggat det med ett system av remskivor och motvikter för att simulera en miljö med låg gravitation, " förklarar forskaren Naomi Murdoch från Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-Supaero), del av universitetet i Toulouse.

"Vi kan gå ner till några procent av jordens gravitation i testlådan som vi placerar i dropptornet, som innehåller en modelllandare och simulerad asteroidterräng.

"Vårt team började med en sfärisk landare som landade på en sandig yta, men vi har gått vidare till kubiska former som är mer representativa för de faktiska CubeSats. Vi har också studerat inverkan av olika ytmaterial, och försökte förstå hur landningsprocessen varierar med olika materialegenskaper, gravitationsnivåer och hastigheter.

"Detta är nödvändigt eftersom varje gång vi går till en annan asteroid blir vi förvånade över vad vi hittar. Till exempel, Japans Hayabusa2, för närvarande utforskar Ryugu-asteroiden, har hittat mycket knappare "regolit"-damm och fler stenblock än forskarna hade förväntat sig."

Tyngdkraften inblandad är mindre än hundra tusendels av jordens, mycket lägre än vad som kan reproduceras av ISAE-Supaero-teamet. Detta innebär att själva landningen kommer att vara mer som en dockning av ett rymdskepp än en traditionell planetlandning.

"Tänka, till exempel, om CubeSats släpps 200 m från asteroidytan, sedan kommer de att ta över en timme att täcka det korta avståndet till ytan, " tillägger Naomi. "Allt rör sig i en sorts slow motion. Då finns det också möjlighet att studsa av igen.

"Rosetta-kometjagarens Philae-landare studsade från ytan på kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko upprepade gånger innan den slutligen kom till vila. Visst om du var en astronaut på ytan skulle du behöva gå med otroligt mjuka steg för att undvika att lämna ytan och kommer aldrig tillbaka."

Förhoppningen är att båda CubeSats överlever sin nedstigning för att ge några observationer, inklusive närbilder av ytmaterialet. Men huvudsyftet med ISAE-Supaero-testningen är att pressa ut så mycket värdefull data ur det första ögonblicket av kontakt.

"Vi har utrustat vår testlander med accelerometrar som liknar de som en av Hera CubeSats kommer att bära, " säger Naomi. "Vi kan till exempel se hur slagdynamiken varierar beroende på materialegenskaperna, från sand till stort grus, påverkar hur mycket vi tränger in i ytan och hur länge kollisionen varar.

"Och vi lär oss hur resultaten skiljer sig baserat på hur CubeSats landar, oavsett om de kommer ner i hörnet eller vänder sig först — en landning med framsidan nedåt skulle ge en högre toppacceleration. I slutet av vår testning hoppas vi ha en uppsättning data för att bättre tolka de faktiska landningarna – och visa sig vara användbara för att förstå andra uppdrags interaktioner med asteroider också."

Redan 2005 kunde forskare på liknande sätt skaffa sig värdefull kunskap om den frusna metanskorpan på Saturnus Moon Titan genom att ESA:s Huygens-landare vinglade när den kom till vila. Landarens rörelse antyder en ytkonsistens av fuktig sand, täckt med ett fluffigt dammlager, med fukt precis under ytan — och förekomsten av minst en 1-2 cm stor sten.

ISAE-Supaeros tester hittills understryker hur Heras mål på 160 m diameter, målasteroid med extremt låg gravitation håller på att formas till att bli en verkligt främmande miljö. "Ytmaterialet måste bete sig annorlunda, för att minska gravitationen minskar normalkraften mellan partiklar och därför även friktionen – så det borde ta mindre kraft för att penetrera samma sandiga material.

"Den låga gravitationen betyder också andra fenomen som van der Waals kraft, som gör att saker som mjöl håller ihop, kommer att spela en mycket större roll. Asteroidytan kan ha en samling stora stenar som i slutändan beter sig mer som mjölpartiklar. Eller så kan elektrostatisk laddning uppmuntra damm att sväva och transporteras över ytan."

Dessa landningsdata bör också hjälpa till att avslöja skalningslagar som är inneboende i kollisionsdynamik, sträcker sig hela vägen upp på skalan till nedslaget av NASA:s rymdfarkost DART med samma asteroid, att testa planetariska försvarstekniker.

Hera-uppdraget kommer att presenteras för ESA:s Space19+-möte i november, där Europas rymdministrar kommer att fatta ett slutgiltigt beslut om att flyga uppdraget.