Ha távoli földre utazik, óvatosan csomagoljon. Amit hordoz, átfogónak kell lennie, de nem annyira, hogy terhet jelent. És ha egyszer megérkezel, készen kell állnod arra, hogy valami rendkívüli cselekedettel megcsinálja a hosszú utat.
Az Űrmagazin előző cikke „Hogyan szállsz le egy üstökösre?” írta le a Philae leszállási technikáját a 67P / Churyumov-Gerasimenko üstökösön. De mit fog tenni a leszállás, ha megérkezik és új településeiben telepedik le? Amint azt Henry David Thoreau mondta: "Nem érdemes a világ körül járni, hogy megszámolja a macskákat Zanzibáron." Tehát ez a Rosetta Lander Philae-hez igaz. A színpadi készlettel - a kiválasztott leszállási helyszínnel és a november 11-i leszállási dátummal - a Philae-i leszállóhely gondosan átgondolt tudományos műszerekkel van felszerelve. Átfogó és kompakt Philae olyan, mint egy svájci hadsereg eszközkése, amely elvégzi az üstökös első helyszíni (in-situ) vizsgálatát.
Most vegye fontolóra a Philae-on ismertetett tudományos eszközöket, amelyeket körülbelül 15 évvel ezelőtt választottak ki. Mint minden jó utazó számára, meg kellett állítani a költségvetést, amely korlátozza az eszköz kiválasztását, amelyet az utazás során be lehet csomagolni és hordozni. Volt egy maximális súly, maximális térfogat és teljesítmény. Philae végső tömege 100 kg (220 font). Térfogata 1 × 1 × 0,8 méter (3,3 × 3,3 × 2,6 láb), körülbelül négy égőkemence méretű. A Philae-nak azonban érkezéskor kis mennyiségű tárolt energiának kell működnie: 1000 Watt-óra (100 W-os izzónak felel meg, amely 10 órán keresztül működik). Amint ez az energia lemerül, legfeljebb 8 watt villamos energiát termel a napelemekből, és egy 130 Watt-órás akkumulátorban tárolható.
Annak biztosítása nélkül, hogy sikeresen leszállnak és több energiát termelnek, a Philae tervezői nagy kapacitású akkumulátort szállítottak, amelyet csak egy alkalommal töltöttek fel az elsődleges űrhajók napelemeinek (64 négyzetméter) az üstökösre történő leszállás előtt. A Philae fedélzetén lévő kezdeti tudományos parancs-sorrend és a Rosetta által tárolt akkumulátor töltöttsége miatt a Philae nem vesztegeti az idejét az elemzés megkezdéséhez - ellentétben a kriminalisztikai elemzéssel - az üstökös „boncolásához”. Ezután a kisebb akkumulátort használják, amelynek legalább 16 óráig kell újratöltenie, de lehetővé teszi Philae számára, hogy potenciális hónapokig tanulmányozza a 67P / Churyumov-Gerasimenko készüléket.
10 PhD tudományos műszercsomag található a Philae-szigeten. Az üstökös tulajdonságainak mérésére az eszközök abszorbeált, szétszórt és kibocsátott fényt, elektromos vezetőképességet, mágnesességet, hőt és még akusztikát használnak. Ezek a tulajdonságok magukban foglalják a felületi szerkezetet (a felületi anyag morfológiáját és kémiai összetételét), a P67 belső szerkezetét, valamint a felület feletti mágneses teret és plazmákat (ionizált gázok). Ezenkívül a Philae-nak van egy karja az egyik eszközhöz, és a Philae-test 360 fokkal elforgatható Z-tengelye körül. A Philae-t támogató oszlop, amely ütközéscsillapítót tartalmaz.
CIVA és ROLIS képalkotó rendszerek. A CIVA három kamerát képvisel, amelyek bizonyos hardvereket osztanak meg a ROLIS-szal. A CIVA-P (Panoramic) hét azonos kamera, amelyek a Philae test körül vannak elosztva, de két sztereo képalkotás mellett működnek. Mindegyiknek 60 fokos látótere van, és 1024 × 1024 CCD detektorként használható. Amint a legtöbb ember emlékezett rá, a digitális kamerák gyorsan fejlődtek az elmúlt 15 évben. A Philae képalkotóit az 1990-es évek végén tervezték, a legmodernebb technikák közelében, de manapság a legtöbb okostelefon legalább a képpontok számát meghaladja. A hardver mellett azonban a képfeldolgozás a szoftverben is haladt, és a képek tovább javíthatók a felbontás megkétszerezése érdekében.
A CIVA-P-nek a kezdeti autonóm parancssorozat részeként azonnali feladata a teljes leszállási hely felmérése. Ez kritikus fontosságú más eszközök bevezetése szempontjából. A felméréshez a Philae test Z tengelyének forgását is felhasználja. A CIVA-M / V egy mikroszkopikus háromszínű képalkotó (7 mikron felbontású), és a CIVA-M / I egy közeli infravörös spektrométer (hullámhossz-tartomány 1-4 mikron), amely megvizsgálja az egyes mintákat, amelyeket a a COSAC és PTOLEMY sütőket, mielőtt a mintákat felmelegítik.
A ROLIS egyetlen kamera, 1024 × 1024 CCD detektorral is, amelynek elsődleges feladata a leszállási hely felmérése a leszállási szakaszban. A kamera rögzített és lefelé mutat, egy f / 5 (f-arány) fókuszálással állítható lencsével, 57 fokos látómezővel. Leereszkedés közben a végtelenre állítja, és 5 másodpercenként készít képeket. Az elektronika tömöríti az adatokat, hogy minimalizálja a Rosetta felé tárolni és továbbítani kívánt összes adatot. A fókusz közvetlenül az érintés előtt áll, de ezt követően a kamera makro módban működik, hogy spektroszkóposan felmérje az üstököt közvetlenül a Philae alatt. A Philae test forgása „munkakört” hoz létre a ROLIS számára.
A ROLIS többfunkciós terve egyértelműen megmutatja, hogy a tudósok és a mérnökök hogyan működtek együtt a súly, a térfogat és az energiafogyasztás csökkentésében, lehetővé téve a Philae-t, és a Rosetta-val együtt, hogy illeszkedjenek a hordozógép hasznos terhelési határaiba, a napenergia korlátozásaiba. cellák és elemek, a parancsnoki és adatrendszer és a rádióadók korlátozásai.
Apxs. Ez egy Alpha Proton röntgen spektrométer. Ez az űrtudós svájci hadsereg késének elengedhetetlen eszköze. Az APXS spektrométerek közönséggé váltak minden Mars Rover misszióban, és a Philae's a Mars Pathfinder továbbfejlesztett változata. Az APXS kialakításának öröksége Ernest Rutherford és mások korai kísérletei, amelyek az atom szerkezetének, valamint a fény és az anyag kvantum jellegének felfedezéséhez vezettek.
Ennek a műszernek kicsi az alfa-részecske-kibocsátás forrása (Curium 244), amely nélkülözhetetlen a működéséhez. Az alfa-részecskék Rutherford-háttérszóródásának elveit könnyebb elemek (például hidrogén vagy berillium) jelenlétének kimutatására használják (azok, amelyek tömegében egy alfa-részecskehez közel vannak, egy héliummag). Az ilyen könnyebb elemi részecskék tömege mérhető mennyiségű energiát fog elnyelni az Alfa részecskéből egy rugalmas ütközés során; amint ez történik a Rutherford hátsó szétszóródásakor 180 fok mellett. Néhány alfa-részecske azonban inkább abszorbeálódik, mint az anyag magjai. Egy Alfa-részecske abszorpciója olyan proton kibocsátását okozza, amelynek mérhető kinetikus energiája ugyancsak egyedi az elemi részecskéhez, ahonnan jött (az üstökös anyagában); ezt nehezebb elemek, például magnézium vagy kén kimutatására használják. Végül az érdekes anyag belső héjú elektronjait az alfa-részecskék kiüríthetik. Amikor a külső héjból származó elektronok helyettesítik ezeket az elveszett elektronokat, akkor azok specifikus energiájának (kvantumának) röntgensugárját bocsátják ki, amely az adott elemi részecskére jellemző; így a nehezebb elemek, például a vas vagy a nikkel kimutathatók. Az APXS a 20. század eleji részecskefizika megtestesítője.
CONSERT. A COmet Nucleus Sounding kísérlete rádióhullám átvitel útján, amint a neve is sugallja, rádióhullámokat továbbít az üstökös magjába. A Rosetta-sugárzó 90 MHz-es rádióhullámokat továbbít, és Philae egyidejűleg a felszínen áll, hogy vegyenek véget a közöttük levő üstökösnek. Következésképpen az üstökösön történő utazás ideje és a rádióhullámok fennmaradó energiája annak az anyagnak a jele, amelyen keresztül terjedt. Az üstökös belső szerkezetének meghatározásához a CONSERT által végzett számos rádióadás és vétel sokféle szöget igényel. Hasonló ahhoz, hogyan lehet érzékelni az Ön előtt álló árnyékolt tárgy alakját, ha a fejét balra és jobbra csúsztatja, hogy megfigyelje, hogyan változik a sziluett; egészében az agyad érzékeli a tárgy alakját. A CONSERT adatokkal összetett dekonvolúciós folyamat szükséges számítógépek felhasználásával. Az üstökös belsejének pontossága további mérésekkel javul.
MUPUS. Többcélú érzékelő a felszíni és a felszín alatti tudományhoz egy detektorkészlet, amely az üstökös felületének és felszínének energiamérlegét, termikus és mechanikai tulajdonságait 30 cm (1 láb) mélységig mérheti. A MUPUS három fő részből áll. Van egy PEN, amely az áthatoló cső. A PEN-t egy ütőkarhoz erősítik, amely a testtől legfeljebb 1,2 méter lehet. Elegendő lefelé irányuló erővel működik, hogy áthatoljon és eltemetje a PEN-t a felszín alatt; többféle kalapács ütés lehetséges. A PEN (áthatolócső) csúcsán vagy rögzítésénél gyorsulásmérő és szabványos PT100 (Platinum Resistance Thermométer) van. A rögzítő szenzorok együtt fognak működnimeg kell határozni a keménységi profilt a leszállási helyen és a hődiffúziós képességet a végső mélységben [ref]. Ahogy a felület behatol, a lassulás többé-kevésbé jelzi, hogy keményebb vagy lágyabb anyag van. A PEN 16 hőérzékelő sorozattal rendelkezik, amelynek hossza a felszín alatti hőmérsékletek és a hővezető képesség mérésére szolgál. A PEN hőforrással is rendelkezik, amely hőt továbbít az üstökös anyaghoz, és megmérheti annak hődinamikáját. A hőforrás kikapcsolt állapotában a PEN detektorok figyelemmel kísérik az üstökös hőmérsékletét és energiaegyensúlyát, amikor közeledik a Naphoz és felmelegszik. A második rész a MUPUS TM, a PEN tetején lévő radiométer, amely a felület hődinamikáját méri. A TM négy hőre lágyuló érzékelőből áll, optikai szűrőkkel, hogy lefedjék a 6-25 μm hullámhossz-tartományt.
SD2 A mintafúró és -elosztó eszköz 20 cm mélyre hatolhat be a felszínre és a felszínre. Mindegyik begyűjtött minta térfogata néhány köbméter, és a körhintara szerelt 26 kemencébe osztja. A kemencék melegítik a mintát, és így gázt képeznek, amelyet a COSAC és PTOLEMY gázkromatográfokba és tömegspektrométerbe juttatnak. Az APXS és a ROLIS adatok megfigyeléseivel és elemzésével meghatározzák a mintavételi helyeket, amelyek mindegyike egy „munkakörben” helyezkedik el, Philae testének a Z tengelye körüli forgása alapján.
COSAC Cometary mintavétel és összetétel kísérlet. Az első gázkromatográf (GC), amelyet láttam, egy főiskolai laboratóriumban volt, és a laboratóriumi vezető használta a helyi rendőri osztályt támogató kriminalisztikai vizsgálatokhoz. Philae szándéka nem kevesebb, mint kriminalisztikai vizsgálatok elvégzése a Földtől százmillió mérföldnyi üstökösön. Philae valójában Sherlock Holmes kémüvege, Sherlock pedig a Földön dolgozó összes kutató. A COSAC gázkromatográf tömegspektrométert tartalmaz, és meg fogja mérni az üstökös anyagát alkotó elemek és molekulák, különösen az összetett szerves molekulák mennyiségét. Míg az első laboratóriumi GC, amelyet láttam, közelebb állt a Philae méretéhez, a Philae-ben lévő két GC nagyjából a cipődoboz méretű.
PTOLEMAIOSZ. Evolved Gas Analyzer [ref], más típusú gázkromatográf. Ptolemaiosz célja, hogy megmérje a specifikus izotópok mennyiségét az izotópos arányok kiszámításához, például 2 rész C12 izotóp és C13 egy rész. Meghatározása szerint egy elem izotópjai azonos számú protonnal rendelkeznek, de a magukban eltérő számú neutronnal rendelkeznek. Egy példa a szén, C12, C13 és C14 3 izotópja; a számok a neutronok számát jelentik. Egyes izotópok stabilak, mások instabilok lehetnek - radioaktívak és azonos elem stabil formáivá vagy más elemekké bomlanak le. Ami a Ptolemaiosz kutatóit érdekli, a H, C, N, O és S elemek, de különösen a szénatomszámú stabil izotópok aránya (természetes és nem azok, amelyeket radioaktív bomlás befolyásol, vagy azok következményei állnak fenn). Az arányok azt mutatják, hogy hol és hogyan jön létre a üstökös. Mostanáig az üstökösök spektroszkópiai mérései az izotópos arányok meghatározására távolról voltak, és a pontosság nem volt megfelelő ahhoz, hogy határozott következtetéseket lehessen levonni a üstökösök eredetéről, valamint arról, hogy a üstökösök hogyan kapcsolódnak a bolygók létrehozásához és a Naprendszer ködének fejlődéséhez, a Napot, csillagunkat körülvevő bolygórendszerünk szülőhelye. A kifejlesztett gázelemző készülék felmelegíti a mintát (~ 1000 ° C) az anyagok olyan gáznemű állapotba történő átalakításához, amelyben a spektrométer nagyon pontosan képes mérni a mennyiségeket. Hasonló eszköz, a TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer) volt a Mars Phoenix földi földeken.
SZEZÁM Felszíni elektromos hangzás és akusztikus megfigyelés kísérleteEz a műszer három egyedi érzékelőt tartalmaz. Az első a SESAME / CASSE, az akusztikus érzékelő. Philae minden leszálló lábánál vannak akusztikus sugárzók és vevők. Mindegyik láb felváltva akusztikus hullámokat továbbít (100 Hz – KiloHertz tartományban) az üstökösbe, amelyet a többi láb érzékelői mérnek. Az, hogy ezt a hullámot tompítja, azaz gyengíti és átalakítja az áthaladó üstökös anyag, felhasználható a Philae műszerekkel kapott egyéb üstökös tulajdonságokkal együtt az üstökös szerkezetének napi és szezonális változásainak körülbelül 2 mélységre történő meghatározására. m. Ezenkívül passzív (hallgató) módban a CASSE figyeli az üstökös belsejében lévő rákok, nyögések hanghullámait, amelyeket potenciálisan a napenergia fűtés és a légtelenítő gázok okozta stressz okozhat.
Következő a SESAME / PP detektor - a Permitity Probe. A permittivitás az anyag elektromos mezőkkel szembeni ellenállásának mértéke. A SESAME / PP oszcilláló (szinuszhullámú) elektromos mezőt bocsát ki az üstökösbe. Philae lábai hordozzák a vevőket - elektródokat és AC szinuszos generátorokat az elektromos mező kibocsátására. Az üstökös anyag körülbelül 2 méter mélységgel szembeni ellenállását tehát meghatározzuk, és így az üstökös újabb alapvető tulajdonságát - az engedélyező képességet - biztosítjuk.
A harmadik detektor neve SESAME / DIM. Ez az üstökös por számlálója. Számos hivatkozást alkalmaztak ezeknek a műszereknek a leírásához. Ehhez a hangszerhez egy szép leírás tartozik, amit én neveznék, amelyet itt csak hivatkozással idézek. „A Lander erkély tetején lévő por-hatás-figyelő (DIM) kocka egy porérzékelő három aktív, ortogonális (50 × 16) mm-es piezo-érzékelővel. A tranziens csúcsfeszültség és a felezési időtartam méréséből kiszámolható az ütköző porrészecskék sebessége és sugara. Körülbelül 0,5 μm-től 3 mm-ig terjedő és 0,025–0,25 m / s sebességű részecskék mérhetők. Ha a háttérzaj nagyon magas, vagy a sorozatjel frekvenciája és / vagy amplitúdója túl magas, akkor a rendszer automatikusan átvált az úgynevezett átlagos folyamatos üzemmódra; azaz csak az átlagos jelet fogja kapni, amely megadja a poráram mérését. ” [Ref]
ROMAP Rosetta Lander mágnesmérő és plazma Az érzékelő tartalmaz egy harmadik érzékelőt is, egy nyomásérzékelőt. Számos űrhajó üstökösökkel repült, és egy belső mágneses mezőt, az egyiket az üstökös magja (a főtest) nem hozott létre. Ha egy belső mágneses mező létezik, akkor valószínűleg nagyon gyenge, és a felszínre leszállásra lenne szükség. Egy ilyen megtalálása rendkívüli lenne, és az üstökösökkel kapcsolatos elméleteket a fejére fordítaná. Alacsony és íme, Philae rendelkezik fluxusmágnesmérővel.
A körülvevő Föld mágneses (B) mezőjét nano-teszlák tízezreiben mérjük (SI egység, a Tesla milliárdja). A Föld mezőn kívül a bolygók, az aszteroidák és az üstökösök is bemerülnek a Nap mágneses mezőjébe, amelyet a Föld közelében egy számjeggyel, 5-10 nano-Tesla-val mérnek. A Philae detektorának tartománya +/- 2000 nanoTesla; mindenesetre egy sor, de egy, amelyet a fluxusok kínálnak. Érzékenysége a nanoTesla 1/100-as része. Tehát az ESA és a Rosetta felkészült. A magnetométer képes észlelni egy nagyon perc teret, ha ott van. Most nézzük meg a plazmadetektorot.
Az univerzum dinamikájának nagy részében a plazmaionizált gázok (általában egy vagy több elektron hiányzik, tehát pozitív elektromos töltést hordozva) kölcsönhatásba lépnek a mágneses mezőkkel. A üstökösökben ilyen kölcsönhatások is szerepelnek, és a Philae plazmadetektorral rendelkezik, hogy megmérje az elektronok és a pozitív töltésű ionok energiáját, sűrűségét és irányát. Az aktív üstökösök lényegében semleges gázt bocsátanak az űrbe, valamint kis szilárd (por) részecskéket. A Nap ultraibolya sugárzása részben ionizálja az üstökös farkának kometáris gázát, azaz plazmát hoz létre. Az üstökösmagtól bizonyos távolságra attól függően, hogy meleg és sűrű a plazma, a Nap mágneses mezője és a farok plazma között el van helyezve. A Nap B területe megragadja az üstökös farkát, olyan, mint egy fehér lap, amelyet egy Halloween kísértet vagy csaló fölé borítottak, de szem lyukak nélkül.
Tehát a P67 felületén a Philae ROMAP / SPM detektorja, elektrosztatikus analizátorok és a Faraday Cup érzékelő fogja mérni a szabad elektronokat és ionokat a nem olyan üres térben. Az üstökös körül „hideg” plazma vesz körül; Az SPM az ionkinetikus energiát 40–8000 elektronvolt (eV) és az elektronok 0,35 eV és 4200 eV közötti tartományában érzékeli. Végül, de nem utolsósorban, a ROMAP tartalmaz egy olyan nyomásérzékelőt, amely nagyon alacsony nyomást képes mérni - millió vagy milliárd vagy annál kisebb, mint a Földön élvezett légnyomás. Penning Vacuum mérőt használunk, amely ionizálja az elsősorban semleges gázt a felület közelében és méri a keletkező áramot.
A Philae 10 műszerkészletet fog szállítani a 67P / Churyumov-Gerasimenko felületére, de a tíz összesen 15 különféle típusú detektorot képvisel. Néhányuk egymástól függenek, vagyis bizonyos tulajdonságok meghatározásához több adatkészletre van szükség. A Philae leszármaztatása az üstökös felületén lehetővé teszi az üstökös sok tulajdonságának mérését az ököl ideje alatt, és mások lényegesen nagyobb pontossággal. Összességében a tudósok közelebb kerülnek a üstökösök eredete és a Naprendszer fejlődéséhez való hozzájárulásuk megértéséhez.
