Kun matkustat kaukaisiin maihin, pakkautuu huolellisesti. Laitteesi tulee olla kattava, mutta ei niin paljon, että se on taakka. Ja saapuessasi sinun on oltava valmis tekemään jotain poikkeuksellista, jotta pitkä matka kannattaa.
Edellinen Space Magazine -artikkeli “Kuinka laskeudut komeetalle?” kuvaili Philaen laskeutumistekniikkaa komeetalla 67P / Churyumov-Gerasimenko. Mutta mitä laskuri tekee, kun se saapuu ja asettuu uuteen ympäristöönsä? Kuten Henry David Thoreau sanoi: "Ei ole syytä käydä ympäri maailmaa laskemaan kissoja Sansibarissa." Joten se on Rosetta Lander Philaen kanssa. Lava-asetelman - valitun purkamispaikan ja laskeutumispäivän 11. marraskuuta jälkeen Philaen laskulaite on varustettu huolellisesti harkituilla tieteellisillä välineillä. Kattava ja kompakti Philae on kuin sveitsiläinen armeijan työkaluveitsi, joka suorittaa komeetan ensimmäisen paikan päällä tehtävän (in situ) tutkimuksen.
Mieti nyt Philaen tieteellisiä välineitä, jotka valittiin noin 15 vuotta sitten. Kuten kaikki hyvät matkustajat, myös jokaiselle hyvälle matkustajalle oli asetettava budjetit, jotka toimivat rajoituksina instrumentin valinnalle, joka voidaan pakata ja kuljettaa matkalla. Oli suurin paino, enimmäistilavuus ja voima. Philaen lopullinen massa on 100 kg. Sen tilavuus on 1 × 1 × 0,8 metriä (3,3 × 3,3 × 2,6 jalkaa) neljän polttimen uunialueen koon mukaan. Philaen on kuitenkin toimittava pienellä määrällä varastoitua energiaa saapuessaan: 1000 wattituntia (vastaa 100 watin polttimoa, joka toimii 10 tuntia). Kun tämä virta on tyhjennetty, se tuottaa aurinkopaneeleista enintään 8 wattia sähköä, jotta se voidaan varastoida 130 watin paristoon.
Philaen suunnittelijat toimittivat suurikapasiteettisen akun, joka latautuu vain kerran ensisijaisten avaruusalusten aurinkopaneelien (64 neliömetriä) ennen laskeutumista komeetta, ilman minkäänlaista varmuutta siitä, että ne laskeutuvat onnistuneesti ja tuottavat enemmän virtaa. Kun Philaessa on alkuperäinen tiedekomentosarja ja Rosetalta varastoitu akkuvirta, Philae ei tuhlaa aikaa analysoinnin aloittamiseen - toisin kuin oikeuslääketieteellinen analyysi - komeetan “leikkaamiseen”. Tämän jälkeen he käyttävät pienempää akkua, jonka lataaminen vie vähintään 16 tuntia, mutta antaa Philaelle mahdollisuuden tutkia 67P / Churyumov-Gerasimenko mahdollisesti kuukausia.
Philae-landerilla on 10 tiedeinstrumenttipakettia. Instrumentit käyttävät komeettaominaisuuksien arviointiin absorboitunutta, hajallaan olevaa ja säteilevää valoa, sähkönjohtavuutta, magneettisuutta, lämpöä ja jopa akustiikkaa. Näihin ominaisuuksiin kuuluvat pintarakenne (pintamateriaalin morfologia ja kemiallinen rakenne), P67: n sisärakenne ja magneettikenttä ja plasmat (ionisoidut kaasut) pinnan yläpuolella. Lisäksi Philaessa on käsivarsi yhdelle instrumentille ja Philaen päärunkoa voidaan kääntää 360 astetta Z-akselinsa ympäri. Posti, joka tukee Philaea ja sisältää iskunvaimentimen.
CIVA ja ROLIS kuvantamisjärjestelmät. CIVA edustaa kolmea kameraa, jotka jakavat laitteistoa ROLISin kanssa. CIVA-P (Panoramic) on seitsemän samanlaista kameraa, jotka on jaettu Philaen rungon ympärille, mutta joilla on kaksi toimintoa samanaikaisesti stereokuvien ottamiseksi. Jokaisella on 60 asteen näkökenttä ja sitä käytetään 1024 × 1024 CCD-ilmaisimena. Kuten suurin osa muistaa, digitaalikamerat ovat edistyneet nopeasti viimeisen 15 vuoden aikana. Philaen kuvankäsittelylaitteet suunniteltiin 1990-luvun lopulla lähellä huipputekniikkaa, mutta nykyään suurin osa älypuhelimista ylittää ne ainakin pikselimääränä. Laitteiden lisäksi kuvankäsittely ohjelmistossa on kuitenkin myös edennyt, ja kuvia voidaan parantaa kaksinkertaistamaan niiden resoluutio.
CIVA-P: llä on välitön tehtävä osana alkuperäistä autonomista komentojonoa tutkia koko laskeutumispaikka. Se on kriittinen muiden välineiden käyttöönoton kannalta. Se hyödyntää myös Philaen rungon Z-akselin kiertoa mittaamiseen. CIVA-M / V on mikroskooppinen kolmivärikuvain (7 mikronin resoluutio) ja CIVA-M / I on lähellä oleva infrapunaspektrometri (aallonpituusalue 1 - 4 mikronia), joka tarkastaa jokaisen näytteen, joka toimitetaan COSAC & PTOLEMY uunit ennen näytteiden lämmittämistä.
ROLIS on yksi kamera, myös 1024 × 1024 CCD-ilmaisimella, ja sen ensisijaisena tehtävänä on valvoa laskupaikkaa laskeutumisvaiheen aikana. Kamera on kiinteä ja alaspäin osoittamalla f / 5 (f-suhde) -tarkennetulla objektiivilla, jonka näkökenttä on 57 astetta. Laskeutumisen aikana se on asetettu äärettömyyteen ja se ottaa kuvia 5 sekunnin välein. Sen elektroniikka pakkaa tiedot minimoidakseen Rosettalle tallennettavan ja lähetettävän tiedon kokonaismäärän. Tarkennus säädetään juuri ennen kosketusta, mutta sen jälkeen kamera toimii makrotilassa tutkimaan spektroskooppisesti komeetta heti Philaen alla. Philaen rungon pyöriminen luo ”työympyrän” ROLIS: lle.
ROLISin moniroolinen suunnittelu osoittaa selvästi, kuinka tutkijat ja insinöörit työskentelivät yhdessä vähentääkseen painoa, määrää ja virrankulutusta yleisesti, tehdäkseen Philaesta mahdolliseksi ja sopia yhdessä Rosettan kanssa kantoraketin hyötykuormarajoihin, aurinkovoiman rajoituksiin. kennot ja akut, komento- ja tietojärjestelmän ja radiolähettimien rajoitukset.
APXS. Tämä on Alfa-protonien röntgenspektrometri. Tämä on avaruustutkijan Sveitsin armeijan veitsen melkein välttämätön instrumentti. APXS-spektrometristä on tullut yleinen valaisin kaikissa Mars Rover -operaatioissa, ja Philae's on päivitetty versio Mars Pathfinderista. APXS-suunnittelun perintö on Ernest Rutherfordin ja muiden varhaisia kokeiluja, jotka johtivat atomin rakenteen sekä valon ja aineen kvanttiluonteen löytämiseen.
Tällä instrumentilla on pieni alfahiukkaspäästöjen lähde (Curium 244), joka on välttämätön sen toiminnalle. Alfahiukkasten Rutherford-takaisinsironnan periaatteita käytetään havaitsemaan kevyempiä elementtejä, kuten vetyä tai berrylliumia (ne, jotka ovat lähellä massaa olevaa Alfa-hiukkasta, heliumydintä). Tällaisten vaaleampien alkuainehiukkasten massa absorboi mitattavissa olevan määrän energiaa Alfa-hiukkaselta elastisen törmäyksen aikana; kuten tapahtuu Rutherford-sironnassa lähellä 180 astetta. Jotkut alfahiukkaset kuitenkin absorboituvat eikä heijastu materiaalin ytimissä. Alfa-hiukkasen absorptio aiheuttaa protonin säteilyn mitattavalla kineettisellä energialla, joka on myös ainutlaatuista sille alkuainepartikkelille, josta se tuli (komeettimateriaalissa); tätä käytetään havaitsemaan raskaampia alkuaineita, kuten magnesium tai rikki. Viimeiseksi, alfahiukkaset voivat karkottaa mielenkiinnon kohteena olevan materiaalin sisäpuoliset elektronit. Kun ulomman kuoren elektronit korvaavat nämä kadonneet elektronit, ne emittoivat spesifisen energian (kvantin) röntgenkuvaa, joka on ainutlaatuinen kyseiselle alkuainehiukkaselle; siten raskaammat elementit, kuten rauta tai nikkeli, ovat havaittavissa. APXS on 1900-luvun alkupuolen hiukkasfysiikan ruumiillistuma.
Consert. COmet Nucleus -soittokoe radioaallon välityksellä, kuten nimestä voi päätellä, välittää radioaaltoja komeetan ytimeen. Rosettan kiertäjä lähettää 90 MHz: n radioaaltoja ja Philae seisoo samanaikaisesti pinnalla vastaanottamaan komeetan ollessa niiden välillä. Tämän seurauksena komeetan läpi kulkeva aika ja radioaaltojen jäljellä oleva energia ovat merkki materiaalista, jonka kautta se etenee. Komeetan sisärakenteen määrittämiseksi tarvitaan monia CONSERTERTin radionlähetyksiä ja vastaanottoja useiden kulmien kautta. Se on samanlainen kuin kuinka aistit edessäsi olevan varjoisan esineen muodon viemällä pään vasemmalle ja oikealle seurataksesi, miten siluetti muuttuu; kaiken kaikkiaan aivosi havaitsevat esineen muodon. CONSERT-tietojen kanssa tarvitaan monimutkainen dekonvoluutioprosessi tietokoneiden avulla. Komeetan sisätilojen tarkkuus paranee lisäämällä mittauksia.
MUPUS. Monikäyttöinen anturi pinta- ja maanalaiseen tieteeseen on ilmaisimien sarja komeetan pinnan ja pinnan energiatasapainon, lämpö- ja mekaanisten ominaisuuksien mittaamiseksi 30 cm: n syvyyteen (1 jalka). MUPUS: lla on kolme suurta osaa. Siellä on PEN, joka on läpäisyputki. PEN on kiinnitetty vasaravarteen, joka ulottuu jopa 1,2 metriin kehosta. Se käyttää riittävän alaspäin suuntautuvan voiman tunkeutuakseen ja haudatakseen PEN: n pinnan alle; useita vasaraiskuja on mahdollista. PEN: n (läpäisevä putki) kärjessä tai ankkurissa on kiihtyvyysanturi ja standardi PT100 (Platinum Resistance Thermometer). Ankkuri-anturit yhdessämääritetään kovuusprofiili laskeutumispaikassa ja lämpö diffusiivisuus lopullisessa syvyydessä [viite]. Kun se tunkeutuu pintoihin, enemmän tai vähemmän hidastuvuus osoittaa kovempaa tai pehmeämpää materiaalia. PEN sisältää joukon 16 lämpödetektoria koko pituudeltaan maanpinnan lämpötilojen ja lämmönjohtavuuden mittaamiseksi. PEN: llä on myös lämmönlähde, joka välittää lämpöä komeetta-aineeseen ja mitata sen lämpödynamiikkaa. Lämmönlähteen ollessa pois päältä, PEN-ilmaisimet seuraavat komeetan lämpötila- ja energiatasapainoa lähestyessäsi aurinkoa ja lämmenemällä. Toinen osa on MUPUS TM, PEN: n päällä oleva radiometri, joka mittaa pinnan lämpödynamiikkaa. TM koostuu neljästä termopile-anturista, joissa on optiset suodattimet aallonpituusalueen 6-25 µm peittämiseksi.
SD2 Näyteporaus- ja jakelulaite tunkeutuu pintaan ja pintaan 20 cm syvyyteen. Jokaisen otetun näytteen tilavuus on muutama kuutiometri, ja se jaetaan 26 karuselliin kiinnitettyyn uuniin. Uunit kuumentavat näytteen, jolloin muodostuu kaasu, joka toimitetaan kaasukromatografeihin ja massaspektrometreihin, jotka ovat COSAC ja PTOLEMY. APXS- ja ROLIS-tietojen havainnointia ja analysointia käytetään määrittämään näytteenottopaikat, jotka kaikki ovat ”työympyrässä” Philaen kehon pyörimisestä Z-akselinsa ympäri.
Cosac Komeettinen näytteenotto ja koostumus koe. Ensimmäinen havaitsemani kaasukromatografi (GC) oli yliopistolaboratoriossa, ja laboratorion päällikkö käytti sitä rikosteknisissä kokeissa, jotka tukivat paikallista poliisia. Philaen tarkoitus on vain tehdä rikostekniset testit komeetalla sadan miljoonan mailin päässä maasta. Philae on käytännössä Sherlock Holmesin vakoojalasi ja Sherlock on kaikki tutkijat takaisin maan päällä. COSAC-kaasukromatografi sisältää massaspektrometrin ja mittaa elementtien ja molekyylien, etenkin monimutkaisten orgaanisten molekyylien, määrät, jotka muodostavat komeetta-aineen. Vaikka tämä ensimmäinen laboratorion GC, jonka näin, oli lähempänä Philaen kokoa, Philaessa olevat kaksi GC: tä ovat suunnilleen kenkärasioiden kokoisia.
Ptolemaios. Evolved Gas Analyzer [ref], erityyppinen kaasukromatografi. Ptolemaioksen tarkoituksena on mitata tiettyjen isotooppien määrät isotooppisuhteiden johtamiseksi, esimerkiksi 2 osaa isotooppia C12 yhteen osaan C13. Määritelmän mukaan elementin isotoopeilla on sama määrä protoneja, mutta niiden ytimessä on eri määrä neutroneja. Yksi esimerkki on hiilen, C12, C13 ja C14 3 isotooppi; luvut ovat neutronien lukumäärää. Jotkut isotoopit ovat stabiileja, kun taas toiset voivat olla epävakaita - radioaktiivisia ja hajoavat saman alkuaineen stabiiliksi muodoiksi tai muiksi elementeiksi. Ptolemaiositutkijoita kiinnostava on alkuaineiden H, C, N, O ja S, erityisesti hiilen, stabiilien isotooppien (luonnollisten ja ei niiden, joihin radioaktiiviset hajoamiset vaikuttavat tai niistä johtuvat) suhde. Suhteet ovat ilmaisimet osoittimista siitä, missä ja miten komeettoja luodaan. Tähän saakka komeettojen spektroskooppiset mittaukset isotooppisuhteiden määrittämiseksi ovat olleet kaukaa ja tarkkuus on ollut riittämätön johtopäätösten tekemiseen komeetojen alkuperästä ja siitä, kuinka komeetat liittyvät planeettojen luomiseen ja aurinkokauden evoluutioon. syntymäpaikka planeettamme järjestelmässä, joka ympäröi aurinkoa, tähtiämme. Kehittynyt kaasuanalysaattori lämmittää näytteen (~ 1000 C) materiaalien muuttamiseksi kaasumaiseksi tilaksi, jonka spektrometri voi mitata tarkasti määrät. Samankaltainen instrumentti, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer), oli instrumentti Mars Phoenix -laskulaitteella.
SEESAMI Pinnan sähköinen äänentoisto ja akustinen valvontakoeTämä instrumentti sisältää kolme ainutlaatuista ilmaisinta. Ensimmäinen on akustinen ilmaisin SESAME / CASSE. Jokaisessa Philaen laskujalassa on akustiset säteilijät ja vastaanottimet. Jokainen jalka vuorotellen siirtää akustisia aaltoja (100 hertsia KiloHertzin alueelle) komeetta, jota muiden jalkojen anturit mittaavat. Kuinka tuota aaltoa vaimennetaan, toisin sanoen heikentyy ja muutetaan sen läpi kulkevan komeettisen materiaalin avulla, voidaan käyttää yhdessä muiden Philae-instrumentteista saatujen komeettaominaisuuksien kanssa komeettarakenteen päivittäisten ja kausivaihteluiden määrittämiseksi noin 2: n syvyyteen. metriä. Myös passiivisessa (kuuntelutilassa) CASSE seuraa komeetan sisäpuolelta tulevien lovien, urien ääniaalloja, jotka ovat mahdollisesti aiheutuneet auringon lämmityksen aiheuttamista stressistä ja kaasujen tuuletuksesta.
Seuraava on SESAME / PP-ilmaisin - Permititiivisyysanturi. Permititiivisyys on materiaalin sähkökenttien vastusmitta. SESAME / PP toimittaa värähtelevän (siniaalto) sähkökentän komeetta. Philaen jalat kantavat vastaanottimia - elektrodeja ja vaihtovirtalähdegeneraattoreita lähettämään sähkökenttää. Komeettimateriaalin resistenssi noin 2 metrin syvyyteen mitataan siten, mikä antaa komeetan toisen olennaisen ominaisuuden - lujuuden.
Kolmas ilmaisin on nimeltään SESAME / DIM. Tämä on komeetan pölylaskuri. Näiden instrumenttikuvausten laatimiseen käytettiin useita viitteitä. Tälle välineelle on, mitä kutsun, kaunis kuvaus, jonka lainaan tässä yksinkertaisesti viittauksella. ”Lander-parvekkeen päällä oleva DIM-kuutio on pölyanturi, jossa on kolme aktiivista ortogonaalista (50 × 16) mm: n piezo-anturia. Menetelmästä ohimenevän huippujännitteen ja puoliyhteyden keston perusteella voidaan iskevien pölyhiukkasten nopeudet ja säteet laskea. Hiukkaset, joiden säde on noin 0,5 - 3 mm ja nopeudet välillä 0,025 - 0,25 m / s, voidaan mitata. Jos taustakohina on erittäin korkea tai purskesignaalin nopeus ja / tai amplitudit ovat liian korkeat, järjestelmä siirtyy automaattisesti ns. Average Continuous -tilaan; toisin sanoen saadaan vain keskimääräinen signaali, joka antaa pölynvuon mitan. " [Ref]
ROMAP Rosetta Lander -magneetti ja plasma ilmaisin sisältää myös kolmannen ilmaisimen, paineanturin. Useat avaruusalukset ovat lentäneet komeetojen toimesta, ja luontaista magneettikenttää, jota komeetan ydin (päärunko) on luonut, ei ole koskaan havaittu. Jos sisäinen magneettikenttä on olemassa, se on todennäköisesti erittäin heikko ja laskeutuminen pinnalle olisi tarpeen. Yhden löytäminen olisi epätavallista ja kääntäisi komeeteita koskevat teoriat päähänsä. Matala ja katso, Philaessa on fluxgate-magneettimittari.
Meitä ympäröivä Maapallon magneettikenttä (B) mitataan kymmenes tuhansissa nano-Teslaissa (SI-yksikkö, Teslan miljardiosa). Maapallon kentän ulkopuolella planeetat, asteroidit ja komeetat ovat kaikki upotettuina Auringon magneettikentään, joka lähellä maata on mitattu yhtenä numerona, 5-10 nanoteslaa. Philaen ilmaisimessa on +/- 2000 nanoTeslaa; joka tapauksessa valikoima, mutta yksi, jonka fluxgates tarjoaa helposti. Sen herkkyys on 1/100 nanoTeslasta. Joten ESA ja Rosetta valmistuivat. Magnetometri voi havaita erittäin pienen kentän, jos se on siellä. Tarkastellaan nyt plasma-ilmaisinta.
Suuri osa maailmankaikkeuden dynamiikasta liittyy plasmaionisoitujen kaasujen (joista puuttuu yleensä yksi tai useampi elektroni siten positiivisen sähkövarauksen omaavien) vuorovaikutukseen magneettikenttien kanssa. Komeetoihin liittyy myös sellaisia vuorovaikutuksia, ja Philaessa on plasmadetektori elektronien ja positiivisesti varautuneiden ionien energian, tiheyden ja suunnan mittaamiseksi. Aktiiviset komeetat vapauttavat avaruuteen pääasiassa neutraalia kaasua plus pienet kiinteät (pöly) hiukkaset. Auringon ultravioletti säteily ionisoi osittain komeetan hännän komeettakaasua, ts. Luo plasman. Jotkin etäisyydet komeetan ytimestä riippuen siitä, kuinka kuuma ja tiheä plasma on, Auringon magneettikentän ja hännän plasman välillä on etäisyys. Auringon B-kenttä verhoaa komeetan hännän ympärille kuin valkoinen arkki, joka on verrattu Halloween-temppujen päälle, mutta ilman silmäaukkoja.
Joten P67: n pinnalla Philaen ROMAP / SPM-ilmaisin, sähköstaattiset analysaattorit ja Faraday Cup -anturi mittaavat vapaita elektroneja ja ioneja ei niin tyhjässä tilassa. ”Kylmä” plasma ympäröi komeetta; SPM havaitsee ionien kineettisen energian alueella 40 - 8000 elektronvolttia (eV) ja elektroneja välillä 0,35 eV - 4200 eV. Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, ROMAP sisältää paineanturin, joka voi mitata erittäin matalaa painetta - miljoona tai miljardi tai vähemmän kuin ilmanpaine, jota nautimme maapallolla. Hyödynnetään Penning Vacuum -mittaria, joka ionisoi lähinnä neutraalia kaasua pinnan lähellä ja mittaa syntyvän virran.
Philae kuljettaa kymmenen instrumentti-sviittiä 67P / Churyumov-Gerasimenkon pinnalle, mutta yhteensä kymmenen edustaa 15 erityyppistä ilmaisinta. Jotkut ovat toisistaan riippuvaisia, ts. Tiettyjen ominaisuuksien saamiseksi tarvitaan useita tietojoukkoja. Philaen laskeutuminen komeetan pinnalle tarjoaa keinot mittaa komeetan monia ominaisuuksia nyrkkikaudeksi ja toiset huomattavasti suuremmalla tarkkuudella. Kaiken kaikkiaan tutkijat tulevat lähemmäksi ymmärtämään komeetojen alkuperää ja heidän panostaan aurinkojärjestelmän kehitykseen.
