Viimeisen kymmenen vuoden aikana pienten ns. nanosatelliittien hyödyntäminen matalalla Maan kiertoradalla on kasvattanut suosiotaan CubeSat-standardin ansiosta. Nämä nanosatelliitit ovat olleet tärkeä osa ns. uutta avaruusteollisuutta, jossa toinen toistaan suuremmat tavoitteet on mahdollista saavuttaa halvempaa tekniikkaa hyödyntäen. Nanosatelliitteja on käytetty toistaiseksi pääasiassa tutkimus- ja teknologiankehitystarkoituksiin, ja varsinaiset tieteelliset avaruusmissiot on tehty suurempia avaruuslaitteita käyttäen. Yksi tällaisista missioista oli Euroopan avaruusjärjestö ESA:n Rosetta-missio, joka kohtasi komeetta 67P/Churyumov-Gerasimenkon elokuuussa 2014. Lennon yhtenä peruselementtinä oli kokeilla radiotomografiakoetta, jossa komeetan sisustan rakenne olisi kartoitettu tutkasignaaleilla. Tämä väitöskirja tutkii nanosatelliittien käyttöä pienten Maan lähiasteroidien sisustan kartoitukseen. Tätä ei ole yritetty aikaisemmin. Väitöskirjatutkimuksen aikana ESA valitsi nanosatelliitteja Didymos-asteroidille lentävälle Hera-missiolleen. Yksi valituista nanosatelliiteista sisältää radiotomografiainstrumentin, joka pohjautuu aikaisemmassa Rosetta-missiossa ja sen Philae-laskeutujassa käytettyyn tekniikkaan. Tämä väitöstutkimus laajentaa Tampereen yliopiston inversio-ongelmien tutkimusryhmän aikaisempaa työtä. Tutkimuksessa on simuloitu radioaaltojen etenemistä asteroidin sisällä elementtimenetelmällä, sekä koko vastaanotetun aaltodatan käyttämistä huippuluokan matemaattisilla inversiomenetelmillä siten, että asteroidin sisä-rakenne saadaan kuvannettua. Painopiste työssä on mittausmenetelmän ja kohinan vaikutuksessa kuvannustulokseen sekä mallinnuksen parantamiseen siten, että elementtimenetelmää voidaan käyttää, vaikka mittausta suorittavat avaruusalukset olisivat simulaatiossa käytetyn elementtiverkon ulkopuolella. Tärkeä osa työtä on myös viimeisimpien grafiikkaprosessoreiden (GPU) hyödyntäminen, koska niiden avulla simulaatioiden suoritusaikaa pystytään nopeuttamaan sekä lokaaleilla työasemilla että laskentaklustereissa. Nanosatelliitin käyttämisestä tässä tarkoituksessa tehtiin Deep Interior Scanning CubeSat (DISCUS) -niminen soveltuvuustutkimus yhdessä projektikumppaneiden kanssa. DISCUS-konseptin tavoitteena oli lennättää nanosatelliitti Maan lähiasteroidille ja tehdä tarvittavat mittaukset, tallentaa data ja lähettää data Maahan. Tutkimus sisältää analyysin tällä hetkellä saatavilla olevista nanosatelliitien komponenteista, niiden realistisista suoritusarvoista, lennon parametrien analyysin sekä mahdolliset kohdeasteroidit. DISCUS-konseptia laajennettiin myöhemmin avaruusmissioksi nimeltä Asteroid In-situ Interior Investigation - 3way (Ai3), joka oli ehdolla ESA:n F-tyypin missiohaussa kesällä 2018. Vaikka Ai3:a ei valittu, se oli yksi kuudesta ehdotuksesta haun toisella kierroksella. Yleinen kiinnostus Maan lähiasteroidien tutkimukseen osoittaa, että ne ovat tärkeitä tieteen, maapallon puolustuksen sekä myös kaupallisten toimijoiden näkökulmista, mikä motivoi asteroidien kuvantamisen tekniikan jatkotutkimuksia. In the last 10 years, utilization of nanosatellites has gained popularity in Low Earth Orbit (LEO) applications via the CubeSat standard. They have been an important part of so called new space economy, where larger and larger objectives in space can be achieved with low-cost, off-the-shelf electronics. While CubeSats have remained for research and technology development purposes, the science-oriented space missions have utilized larger spacecraft. One such mission was the European Space Agency’s (ESA’s) Rosetta mission, which reached comet 67P/Churyumov–Gerasimenko in August 2014. An integral part of the mission was to attempt a radio tomography experiment, where the interior structure of the comet would have been mapped via radar signals. This thesis considers utilization of CubeSat-scale spacecraft to attempt to recover the interior structure of a small Near-Earth Asteroid (NEA). This has not been attempted before. During this thesis project, ESA selected CubeSats to fly on the Hera mission to asteroid Didymos. One of these CubeSats will include a radar instrument based on the one on Rosetta and its lander, Philae. This thesis extends the previous work of the Inverse Problems research group in Tampere University in simulating radio wave propagation within the asteroid via Finite-Difference Time Domain (FDTD) method as well as using the full wave measurement data in state of the art mathematical inversion strategies to recover the interior structure of the asteroid. Here, the focus is on investigating the effects of the measurement strategy and noise to the inversion results, improving the speed and accuracy of the method by using a multiresolution approach, and extending the modeling domain to make it possible to performthe simulations when the transmitting and receiving spacecraft are in far field, outside the finite element mesh based simulation domain. Important aspect of the work includes utilization of state-oftheart Graphics Processing Units (GPUs) which make it possible to accelerate the simulations both locally and in a calculation cluster. A CubeSat feasibility study called Deep Interior Scanning CubeSat (DISCUS) was performed during the thesis project with the project collaborators. The goal of DISCUS is to fly a CubeSat to a NEA and perform the measurements, store the data and send the data back to Earth. The study includes analysis of currently available CubeSat hardware with realistic performance parameters, analysis of the mission parameters and the potential target asteroids, and realistic orbital parameters to perform the measurements on-site. DISCUS concept was later extended for a space mission called Asteroid In-situ Interior Investigation - 3way (Ai3), which was proposed for ESA’s F-class mission call in summer of 2018. While Ai3 was not selected, it was one of the six proposals on the second round of the process. The general interest towards studies of NEAs indicate that NEAs remain important for science, planetary protection purposes, as well as commercial companies, which motivates further studies in the topic.