Keď cestujete do ďalekej zeme, opatrne sa zabalíte. To, čo nosíte, musí byť komplexné, ale nie toľko, že je to bremeno. A akonáhle prídete, musíte byť pripravení urobiť niečo výnimočné, aby sa dlhá cesta vyplatila.
Predchádzajúci článok z časopisu Space Magazine „Ako pristávate na kométe?“ opísal techniku pristátia Philye na kométe 67P / Churyumov-Gerasimenko. Čo však urobí, keď príde a usadí sa v novom prostredí? Ako povedal Henry David Thoreau: „Nemá zmysel chodiť po svete, aby sme počítali mačky v Zanzibare.“ Tak to je aj s pristátím Rosetta Philae. S nastaveným javiskom - zvoleným miestom pristátia a dátumom pristátia 11. novembra je pristátie Philae vybavené starostlivo premyslenou súpravou vedeckých nástrojov. Komplexne a kompaktne je Philae ako nôž nástrojov švajčiarskej armády, ktorý vykonáva prvú kométovú kontrolu na mieste (in situ).
Teraz zvážte vedecké nástroje týkajúce sa Philae, ktoré boli vybrané asi pred 15 rokmi. Rovnako ako každý dobrý cestujúci, aj tu museli byť stanovené rozpočty, ktoré fungovali ako prekážky pri výbere nástrojov, ktoré bolo možné na ceste zbaliť a preniesť. Bola tam maximálna hmotnosť, maximálny objem a výkon. Konečná hmotnosť Philae je 100 kg (220 libier). Jeho objem je 1 × 1 × 0,8 metra (3,3 x 3,3 × 2,6 ft), približne o veľkosti sporáka so štyrmi horákmi. Po príchode však musí Philae fungovať na malom množstve uloženej energie: 1 000 watt-hodín (ekvivalent 100 wattovej žiarovky v prevádzke 10 hodín). Po vyčerpaní tejto energie vyrobí zo solárnych panelov maximum 8 wattov elektriny, ktorá sa uloží do 130-hodinovej batérie.
Návrhári Philae bez akejkoľvek istoty, že budú nútení pristáť a produkovať viac energie, poskytli vysokokapacitnú batériu, ktorá sa iba raz nabije solárnymi poľami primárnej kozmickej lode (64 metrov štvorcových) pred zostupom na kométu. S počiatočnou vedeckou príkazovou sekvenciou na palube Philae a batériou uloženou v Rosete nebude Philae strácať čas na to, aby začala analyzovať - na rozdiel od forenznej analýzy - robiť „pitvu“ kométy. Potom použijú menšiu batériu, ktorá bude trvať najmenej 16 hodín, kým sa nabije, ale umožní Philovi študovať 67P / Churyumov-Gerasimenko potenciálne mesiace.
Na Philae landeri je 10 balíkov vedeckých nástrojov. Na testovanie vlastností kométy prístroje používajú absorbované, rozptýlené a vyžarované svetlo, elektrickú vodivosť, magnetizmus, teplo a dokonca aj akustiku. Medzi tieto vlastnosti patrí povrchová štruktúra (morfológia a chemické zloženie povrchového materiálu), vnútorná štruktúra P67 a magnetické pole a plazmy (ionizované plyny) nad povrchom. Okrem toho má Philae rameno pre jeden nástroj a hlavné telo Philae sa môže otáčať o 360 stupňov okolo svojej osi Z. Stĺpik, ktorý podporuje Philae a obsahuje tlmič nárazov.
CIVA a ROLIS zobrazovacie systémy. CIVA predstavuje tri kamery, ktoré zdieľajú hardvér s ROLIS. CIVA-P (Panoramic) je sedem identických kamier rozmiestnených okolo tela Philae, ale s dvoma funkciami v tandeme pre stereozobrazovanie. Každý z nich má zorné pole 60 stupňov a používa sa ako detektor CCD 1024 × 1024. Ako si väčšina ľudí pamätá, digitálne fotoaparáty za posledných 15 rokov rýchlo napredovali. Snímky Philae boli navrhnuté koncom deväťdesiatych rokov minulého storočia, v blízkosti najmodernejších technológií, ale dnes ich väčšina smartfónov aspoň v počte pixelov prekonala. Okrem hardvéru však pokročilo aj spracovanie obrázkov v softvéri a obrázky sa môžu vylepšiť tak, aby zdvojnásobili svoje rozlíšenie.
CIVA-P bude mať v rámci počiatočnej autonómnej postupnosti príkazov okamžitú úlohu sledovať celé miesto pristátia. Je rozhodujúce pre zavedenie iných nástrojov. Na prieskum sa použije aj rotácia osi Philae v osi Z. CIVA-M / V je mikroskopický 3-farebný zobrazovač (rozlíšenie 7 mikrónov) a CIVA-M / I je blízky infračervený spektrometer (rozsah vlnových dĺžok 1 až 4 mikróny), ktorý skontroluje každú zo vzoriek, ktorá sa dodáva do pece COSAC a PTOLEMY pred zahriatím vzoriek.
ROLIS je samostatná kamera s detektorom CCD 1024 × 1024 CCD, ktorého hlavnou úlohou je sledovať miesto pristátia počas fázy klesania. Fotoaparát je nastavený pevne a nadol pomocou objektívu s nastaviteľným zaostrením f / 5 (pomer f) s zorným poľom 57 stupňov. Počas zostupu je nastavená na nekonečno a nasníma obrázky každých 5 sekúnd. Jeho elektronika komprimuje údaje tak, aby sa minimalizovali celkové údaje, ktoré sa musia uložiť a preniesť do Rosetta. Zaostrenie sa nastaví tesne pred dotykom, ale potom kamera funguje v makro režime na spektroskopické sledovanie kométy bezprostredne pod Philae. Rotácia tela Philae vytvorí „pracovný kruh“ pre ROLIS.
Viacúčelový dizajn ROLIS jasne ukazuje, ako vedci a inžinieri spolupracovali na celkovom znížení hmotnosti, objemu a spotreby energie, ako aj na umožnenie Philae a spolu s Rosetou zapadajú do limitov užitočného zaťaženia štartovacieho vozidla, obmedzení výkonu solárnej energie. články a batérie, obmedzenia príkazového a dátového systému a rádiové vysielače.
Apxs. Toto je Röntgenový spektrometer Alpha Proton, Toto je takmer nevyhnutný nástroj noža švajčiarskej armády vesmírneho vedca. Spektrometre APXS sa stali bežnou súčasťou všetkých misií Mars Rover a Philae je vylepšená verzia softvéru Mars Pathfinder. Dedičstvom návrhu APXS sú prvé experimenty Ernesta Rutherforda a ďalších, ktoré viedli k odhaleniu štruktúry atómu a kvantovej povahy svetla a hmoty.
Tento prístroj má malý zdroj emisií alfa častíc (Curium 244) nevyhnutný pre jeho fungovanie. Princípy Rutherfordovho spätného rozptylu častíc Alpha sa používajú na detekciu prítomnosti ľahších prvkov, ako je napríklad vodík alebo berýlium (tých, ktoré sa nachádzajú v hmote častice alfa, jadro hélia). Hmota takýchto ľahších elementárnych častíc bude absorbovať merateľné množstvo energie z častíc Alpha počas elastického zrážania; ako sa to deje v Rutherfordovom spätnom rozptyle blízko 180 stupňov. Niektoré častice Alfa sa však skôr absorbujú než odrážajú v jadrách materiálu. Absorpcia častice Alfa spôsobuje emisiu protónu s merateľnou kinetickou energiou, ktorá je tiež jedinečná pre elementárnu časticu, z ktorej pochádza (v kometárnom materiáli); používa sa na detekciu ťažších prvkov, ako je horčík alebo síra. Nakoniec môžu byť elektróny s vnútorným plášťom v materiáli, ktorý je predmetom záujmu, vylúčené časticami Alfa. Keď elektróny z vonkajších škrupín nahradia tieto stratené elektróny, emitujú rôntgen špecifickej energie (kvantovej), ktorá je pre túto elementárnu časticu jedinečná; sú tak zistiteľné ťažšie prvky, ako napríklad železo alebo nikel. APXS je stelesnením fyziky častíc 20. storočia.
CONSERT. Experiment sondovania jadra COmet pomocou rádiového prenosuako už názov napovedá, bude prenášať rádiové vlny do jadra kométy. Orbiter Rosetta vysiela 90 MHz rádiových vĺn a súčasne stojí Philae na povrchu, aby prijímal kométu medzi nimi. Čas cestovania kométou a zostávajúca energia rádiových vĺn je teda znamením materiálu, cez ktorý sa šíril. Na určenie vnútornej štruktúry kométy bude potrebné veľa rádiových prenosov a recepcií prostredníctvom CONSERT prostredníctvom veľkého množstva uhlov. Je to podobné tomu, ako by ste mohli cítiť tvar tieňovitého objektu, ktorý stojí pred vami, posunutím hlavy doľava a doprava, aby ste videli, ako sa mení silueta; Celkovo váš mozog vníma tvar objektu. S údajmi CONSERT je potrebný komplexný proces dekonvolúcie pomocou počítačov. Presnosť, s akou je známy kometový interiér, sa s ďalšími meraniami zlepšuje.
MUPUS. Viacúčelový snímač pre povrchovú a podpovrchovú vedu je sada detektorov na meranie energetickej bilancie, tepelných a mechanických vlastností povrchu a podpovrchovej úrovne kométy až do hĺbky 30 cm (1 stopa). MUPUS má tri hlavné časti. Je tu PEN, ktorá je penetračnou trubicou. PEN je pripevnený k príklepovému ramenu, ktoré siaha až do 1,2 metra od tela. Nasadzuje sa dostatočnou silou smerom nadol, aby prenikol a pochoval PEN pod povrchom; je možné vykonať viac úderov kladivom. Na špičke alebo kotve PEN (penetračná trubica) je akcelerometer a štandardný PT100 (platinový odporový teplomer). Spoločne budú mať kotevné senzoryurčte profil tvrdosti v mieste pristátia a tepelnú difúznosť v konečnej hĺbke [ref], Pri prenikaní na povrch viac alebo menej spomaľovanie naznačuje tvrdší alebo mäkší materiál. PEN obsahuje sústavu 16 tepelných detektorov v celej svojej dĺžke na meranie podpovrchových teplôt a tepelnej vodivosti. PEN má tiež zdroj tepla na prenos tepla do kometárneho materiálu a na meranie jeho tepelnej dynamiky. Pri vypnutom zdroji tepla budú detektory v PEN monitorovať teplotnú a energetickú rovnováhu kométy, keď sa približuje k Slnku a zohrieva sa. Druhou časťou je MUPUS TM, rádiometer na vrchu PEN, ktorý bude merať tepelnú dynamiku povrchu. TM pozostáva zo štyroch termopilných snímačov s optickými filtrami, ktoré pokrývajú rozsah vlnových dĺžok od 6 do 25 µm.
SD2 Zariadenie na vŕtanie a distribúciu vzoriek prenikne povrchom a pod povrchom do hĺbky 20 cm. Každá získaná vzorka bude mať objem niekoľko metrov kubických a bude distribuovaná do 26 pecí namontovaných na karuseli. Pece zahrievajú vzorku, ktorá vytvára plyn dodávaný do plynových chromatografov a hmotnostných spektrometrov COSAC a PTOLEMY. Pozorovania a analýzy údajov APXS a ROLIS sa použijú na určenie miest odberu vzoriek, z ktorých všetky budú na „pracovnom kruhu“ od rotácie tela Philae okolo osi Z.
COSAC Odber vzoriek a zloženie experimentovať. Prvý plynový chromatograf (GC), ktorý som videl, bol v kolégiu a vedúci laboratória ho využíval na forenzné testy podporujúce miestne policajné oddelenie. Zámerom Philae nie je nič iné, ako vykonávať forenzné testy na kométe stovky miliónov kilometrov od Zeme. Philae je skutočne špionážnym sklom Sherlocka Holmesa a Sherlockom sú všetci vedci späť na Zemi. Plynový chromatograf COSAC obsahuje hmotnostný spektrometer a zmeria množstvo prvkov a molekúl, najmä komplexných organických molekúl, ktoré tvoria kometový materiál. Zatiaľ čo tá prvá laboratórium GC, ktoré som videl, bola bližšie k veľkosti Philae, dve GC v Philae boli približne o veľkosti krabičiek na topánky.
Ptolemaios. Evolvedovaný analyzátor plynu [odkaz], iný typ plynového chromatografu. Účelom Ptolemy je zmerať množstvo špecifických izotopov na odvodenie izotopových pomerov, napríklad izotopov 2 časti izotopu C12 a jednej časti C13. Podľa definície majú izotopy prvku rovnaký počet protónov, ale rozdielny počet neutrónov vo svojich jadrách. Jedným príkladom sú 3 izotopy uhlíka, C12, C13 a C14; čísla sú počet neutrónov. Niektoré izotopy sú stabilné, zatiaľ čo iné môžu byť nestabilné - rádioaktívne a rozkladajú sa na stabilné formy toho istého prvku alebo na iné prvky. Pre výskumníkov Ptolemyho je zaujímavý pomer stabilných izotopov (prírodných a nie tých, ktoré sú ovplyvnené rádioaktívnym rozpadom alebo ktoré sú dôsledkom rádioaktívneho rozkladu) prvkov H, C, N, O a S, ale najmä uhlíka. Pomery budú ukazovateľmi ukazovateľov o tom, kde a ako sa vytvárajú kométy. Doteraz boli spektroskopické merania komét na určenie izotopových pomerov z diaľky a presnosť nebola dostatočná na to, aby bolo možné vyvodiť pevné závery o pôvode komét a o tom, ako sú kométy spojené s tvorbou planét a vývojom slnečnej hmloviny, rodisko nášho planetárneho systému obklopujúceho Slnko, našej hviezdy. Vyvinutý analyzátor plynu zahrieva vzorku (~ 1 000 ° C) na transformáciu materiálov do plynného stavu, v ktorom spektrometer dokáže veľmi presne zmerať množstvo. Podobným nástrojom bol TEGA (analyzátor s tepelným vyvíjaním plynu) ako nástroj na pristátí na Mars Phoenix.
SESAME Experiment povrchového elektrického ožarovania a akustického monitorovaniaTento prístroj zahŕňa tri jedinečné detektory. Prvým z nich je akustický detektor SESAME / CASSE. Každá pristávacia noha Philae má akustické žiariče a prijímače. Každá z nôh bude striedať prenášajúce akustické vlny (rozsah 100 Hertz do KiloHertz) do kométy, ktorú budú merať senzory ostatných nôh. Ako je táto vlna zoslabená, to znamená, že je oslabená a transformovaná kometickým materiálom, ktorým prechádza, sa môže použiť spolu s inými kometickými vlastnosťami získanými z nástrojov Philae na stanovenie denných a sezónnych zmien v štruktúre kométy do hĺbky približne 2 metre. V pasívnom (počúvajúcom) režime bude CASSE monitorovať aj zvukové vlny od vŕzgania, stonania vo vnútri kométy, ktoré môžu byť spôsobené stresom zo slnečného ohrevu a odvetrávania plynov.
Ďalej je detektor SESAME / PP - Permitivity Probe. Permitivita je miera odporu materiálu voči elektrickým poliam. SESAME / PP dodá do kométy oscilujúce (sínusové) elektrické pole. Nohavice Philae nesú prijímače - elektródy a generátory striedavého prúdu, ktoré vysielajú elektrické pole. Odpor kometárneho materiálu do hĺbky asi 2 metre sa teda meria tak, že poskytuje ďalšiu základnú vlastnosť kométy - permitivitu.
Tretí detektor sa nazýva SESAME / DIM. Toto je počítadlo prachu kométy. Na zostavenie týchto popisov nástrojov sa použilo niekoľko odkazov. Čo sa týka tohto nástroja, je to, čo by som nazval, krásny popis, ktorý tu jednoducho citujem s odkazom. „Kocka Dust Impact Monitor (DIM) na balkóne Lander je prachový senzor s tromi aktívnymi ortogonálnymi (50 × 16) mm piezo snímačmi. Z merania prechodného špičkového napätia a polovice trvania kontaktu je možné vypočítať rýchlosti a polomery nárazových prachových častíc. Môžu sa zmerať častice s polomermi od približne 0,5 μm do 3 mm a rýchlosťami od 0,025 do 0,25 m / s. Ak je šum v pozadí veľmi vysoký alebo je rýchlosť a / alebo amplitúda impulzného signálu príliš vysoká, systém sa automaticky prepne do tzv. t. j. získa sa iba priemerný signál, ktorý udáva mieru toku prachu. “ [Odkaz]
RoMap Magnetometer a plazma Rosetta Lander detektor tiež obsahuje tretí detektor, tlakový snímač. Niekoľko kozmických lodí preletelo kométami a vlastné magnetické pole, ktoré vytvorilo jadro kométy (hlavné telo), nebolo nikdy odhalené. Ak existuje vnútorné magnetické pole, je pravdepodobné, že bude veľmi slabé a bolo by potrebné pristáť na povrchu. Nájdenie jedného by bolo výnimočné a obrátilo by sa na neho teória o kométach. Nízka a hľa, Philae má magnetický filter.
Magnetické pole Zeme, ktoré nás obklopuje, sa meria v 10-tisícoch nano-Teslas (jednotka SI, miliardtina Tesly). Za zemským poľom sú planéty, asteroidy a kométy ponorené do magnetického poľa Slnka, ktoré sa v blízkosti Zeme meria jednociferne, 5 až 10 nano-Tesla. Detektor Philae má rozsah +/- 2000 nanoTesla; iba v prípade rozsahu, ktorý však ľahko ponúkajú tavidlá. Má citlivosť 1/100 nanoTesla. Takže ESA a Rosetta prišli pripravené. Magnetometer dokáže zistiť veľmi minútové pole, ak je tam. Teraz sa pozrime na plazmový detektor.
Veľká časť dynamiky vesmíru spočíva v interakcii plazmovo-ionizovaných plynov (zvyčajne chýba jeden alebo viac elektrónov, ktoré nesú pozitívny elektrický náboj) s magnetickými poľami. Kométy tiež zahŕňajú takéto interakcie a Philae nesie plazmový detektor na meranie energie, hustoty a smeru elektrónov a kladne nabitých iónov. Aktívne kométy uvoľňujú v podstate neutrálny plyn do vesmíru a malé tuhé častice (prach). Ultrafialové žiarenie Slnka čiastočne ionizuje kometárny plyn chvosta kométy, to znamená vytvára plazmu. V určitej vzdialenosti od jadra kométy v závislosti od toho, ako je horúca a hustá plazma, je medzi magnetickým poľom Slnka a plazmou chvosta odstup. Slnečné pole B zakrýva okolo chvosta kométy niečo ako bielu plachtu prehodenú halloweenským trikom alebo traterom, ale bez očných otvorov.
Takže na povrchu P67 bude Philaeov detektor ROMAP / SPM, elektrostatické analyzátory a senzor Faraday Cup merať voľné elektróny a ióny v nie tak prázdnom priestore. Kométa obklopuje studená plazma; SPM bude detegovať iónovú kinetickú energiu v rozsahu 40 až 8000 elektrónov (eV) a elektróny od 0,35 eV do 4200 eV. V neposlednom rade ROMAP obsahuje tlakový snímač, ktorý dokáže merať veľmi nízky tlak - milióntinu alebo miliardtinu alebo menej, ako je tlak vzduchu, ktorý sa na Zemi tešíme. Používa sa meradlo vákua Penning, ktoré ionizuje primárne neutrálny plyn blízko povrchu a meria generovaný prúd.
Philae prenesie 10 prístrojových súprav na povrch 67P / Churyumov-Gerasimenko, ale spolu desať predstavuje 15 rôznych typov detektorov. Niektoré sú vzájomne závislé, to znamená, že na odvodenie určitých vlastností je potrebné viac súborov údajov. Pristátie Philae na povrchu kométy poskytne prostriedky na meranie mnohých vlastností kométy počas pästi a ďalších s výrazne vyššou presnosťou. Vedci sa priblížia k pochopeniu pôvodu komét a ich príspevku k vývoju slnečnej sústavy.
