Kaugetele maadele reisides pakitakse üks hoolikalt. See, mida te kannate, peab olema kõikehõlmav, kuid mitte nii palju, et see oleks koorem. Ja kui olete kohale jõudnud, peate olema valmis tegema midagi erakordset, et pikk teekond oleks väärt.
Eelmine kosmoseajakirja artikkel “Kuidas maandute komeedile?” kirjeldas Philae maandumistehnikat komeedil 67P / Churyumov-Gerasimenko. Kuid mida teeb maandur, kui see saabub ja astub elama oma uude ümbrusesse? Nagu Henry David Thoreau ütles: "Zanzibaris kasse loendada ei tasu maailmas ringi käia." Nii on Rosetta Lander Philaega. Lavakomplektiga - valitud maandumiskoht ja maandumistähtaeg 11. november - on Philae maandumispaik varustatud hoolikalt läbimõeldud teaduslike instrumentide komplektiga. Põhjalik ja kompaktne Philae on nagu Šveitsi armee tööriista nuga, mille abil tehakse esimene komeet kohapeal (kohapeal).
Mõelge nüüd Philae kohta käivatele teadusinstrumentidele, mis valiti umbes 15 aastat tagasi. Nagu iga hea reisija, tuli ka eelarved seada, mis piirasid instrumendi valimist, mida sai teekonnal kaasa pakkida ja kaasa võtta. Seal oli maksimaalne kaal, maksimaalne maht ja jõud. Philae lõppmass on 100 kg (220 naela). Selle maht on 1 × 1 × 0,8 meetrit (3,3 × 3,3 × 2,6 jalga) umbes nelja põletiga ahju vahemiku ulatuses. Philae peab aga saabumisel funktsioneerima väikese koguse salvestatud energiaga: 1000 vatt-tundi (vastab 100-vatisele 10-tunnisele elektripirnile). Kui see energia on tühjaks saanud, toodab see päikesepaneelidest maksimaalselt 8 vatti elektrienergiat, mida saab hoida 130 W-tunnises akus.
Ilma kindluseta, et nad maanduvad vaevata ja toodavad rohkem energiat, varustasid Philae disainerid suure mahutavusega aku, mille laadivad ainult üks kord esmased kosmoselaevade päikesevarjud (64 ruutmeetrit) enne komeedile laskumist. Philae pardal oleva esialgse teaduskäskluse jadaga ja Rosettast salvestatud aku abil ei kuluta Philae komeedi “lahkamiseks” analüüsi alustamiseks - erinevalt kohtuekspertiisi analüüsist - aega. Seejärel kasutavad nad väiksemat akut, mille laadimine võtab vähemalt 16 tundi, kuid võimaldab Philael õppida 67P / Churyumov-Gerasimenko potentsiaalselt mitu kuud.
Philae landeril on 10 teadusinstrumentide paketti. Mõõteriistades kasutatakse komeedi omaduste hindamiseks neeldunud, hajutatud ja kiirgatud valgust, elektrijuhtivust, magnetilisust, soojust ja isegi akustikat. Nende omaduste hulka kuuluvad pinna struktuur (pinnamaterjali morfoloogia ja keemiline struktuur), P67 sisestruktuur ning pinna kohal asuv magnetväli ja plasmid (ioniseeritud gaasid). Lisaks on Philael käsivarre ühe instrumendi jaoks ja Philae põhikeha saab pöörata ümber Z-telje 360 kraadi. Posti, mis toetab Philae ja sisaldab löögisummutit.
CIVA ja ROLIS pildisüsteemid. CIVA esindab kolme kaamerat, mis jagavad ROLISega teatud riistvara. CIVA-P (Panoramic) on seitse ühesugust kaamerat, mis on jaotatud ümber Philae keha, kuid millel on kaks funktsiooni koos stereopildistamisega. Igal neist on 60-kraadine vaateväli ja seda kasutatakse 1024 × 1024 CCD detektorina. Nagu enamik inimesi meenutab, on digitaalkaamerad viimase 15 aasta jooksul kiiresti arenenud. Philae pildifotod kujundati 1990ndate lõpus, nüüdisaegsete tehnikate lähedal, kuid tänapäeval on neist enamus nutitelefonid vähemalt pikslite arvu poolest ületatud. Kuid lisaks riistvarale on ka tarkvara piltide töötlemine arenenud ja pilte saab nende eraldusvõime kahekordistamiseks parendada.
CIVA-P-l on esialgse autonoomse käsujada raames vahetu ülesanne kogu maandumiskoha ülevaatus. See on teiste vahendite kasutuselevõtu jaoks kriitilise tähtsusega. Samuti kasutatakse uuringu tegemiseks Philae keha Z-telje pöörlemist. CIVA-M / V on mikroskoopiline kolmevärviline kujutis (7 mikroni eraldusvõimega) ja CIVA-M / I on lähedane infrapunane spektromeeter (lainepikkuse vahemik 1-4 mikronit), mis kontrollib kõiki proove, mis tarnitakse enne proovide kuumutamist COSAC & PTOLEMY ahjudes.
ROLIS on üksik kaamera, ka 1024 × 1024 CCD detektoriga, mille peamine roll on maandumispaiga vaatlemine laskumisfaasis. Kaamera on fikseeritud ja allapoole suunatud f / 5 (f-suhe) fookusega reguleeritava objektiiviga, mille vaateväli on 57 kraadi. Laskumise ajal seatakse see lõpmatusse ja tehakse pilte iga 5 sekundi tagant. Selle elektroonika tihendab andmeid, et minimeerida koguandmeid, mida tuleb Rosettale salvestada ja edastada. Fookus kohandatakse vahetult enne maandumist, kuid pärast seda töötab kaamera makrorežiimis, et spektroskoopiliselt uurida komeeti kohe Philae all. Philae kere pööramine loob ROLISe jaoks “tööringi”.
ROLISe mitmeosaline disain näitab selgelt, kuidas teadlased ja insenerid tegid koostööd kaalu, mahu ja energiatarbimise vähendamiseks ning Philae võimaldamiseks ja koos Rosettaga mahtumiseks kanderaketi kandevõime piiridesse, päikeseenergia võimsuse piirangutega elemendid ja akud, käsu- ja andmesüsteemi ning raadiosaatjate piirangud.
APXS. See on Alfa-prootonröntgen-spektromeeter. See on kosmoseteadlase Šveitsi armee nuga peaaegu vajalik instrument. APXS-spektromeetritest on saanud kõigi Mars Roveri missioonide tavaline kinnitus ja Philae’s on Mars Pathfinderi versiooniuuendatud versioon. APXS-i kujunduse pärand on Ernest Rutherfordi ja teiste varased katsed, mis viisid aatomi struktuuri ning valguse ja mateeria kvantloomuse avastamiseni.
Sellel instrumendil on väike töö alfaosakeste emissiooni allikas (Curium 244). Alfaosakeste Rutherfordi tagasihajumise põhimõtteid kasutatakse kergemate elementide, näiteks vesiniku või berülliumi (nende massis Alfa-osakese lähedaste heeliumituuma lähedal) tuvastamiseks. Selliste kergemate elementaarosakeste mass neelab elastse kokkupõrke ajal Alfa osakestest mõõdetava koguse energiat; nagu juhtub Rutherfordi tagasihajumisel 180 kraadi lähedal. Osa Alfa osakesi imendub aga mitte materjali tuumades, vaid peegeldab neid. Alfaosakese neeldumine põhjustab prootoni emissiooni mõõdetava kineetilise energiaga, mis on ainulaadne ka selle elementaarse osakese suhtes, millest see pärineb (kometaarses materjalis); seda kasutatakse raskemate elementide nagu magneesium või väävel tuvastamiseks. Viimaseks võivad huvipakkuva materjali sisemised kesta elektronid alfaosakesed välja saata. Kui väliskestadest pärit elektronid asendavad need kadunud elektronid, kiirgavad nad spetsiifilise energia (kvant) röntgenikiirgust, mis on ainulaadne sellele elementaarosakesele; seega on tuvastatavad raskemad elemendid nagu raud või nikkel. APXS on 20. sajandi alguse osakeste füüsika kehastus.
VÕTTA. COmeti tuuma kõlav katse raadiolaine edastamise teel, nagu nimigi ütleb, edastab raadiolained komeedi tuuma. Orbiter Rosetta edastab 90 MHz raadiolaineid ja Philae seisab samal ajal pinnal, et komeet nende vahel püsiks. Järelikult on komeedist läbi liikumise aeg ja raadiolainete järelejäänud energia signaaliks materjalile, mille kaudu see levib. Komeedi sisemise struktuuri määramiseks on vaja palju raadiosaateid ja vastuvõttu, mille CONSERT teeb paljude nurkade alt. See on sarnane sellega, kuidas tunnetada teie ees seisva varjulise objekti kuju, libistades pead vasakule ja paremale, et jälgida, kuidas siluett muutub; üldiselt tajub teie aju objekti kuju. CONSERT-andmetega on vajalik arvutite abil keeruline dekonvolutsiooniprotsess. Komeedi sisemuse täpsus paraneb veelgi suurema mõõtmisega.
MUPUS. Mitmeotstarbeline andur pinna- ja alusteaduste jaoks on detektorikomplekt komeedi pinna ja selle aluspinna energiatasakaalu, termiliste ja mehaaniliste omaduste mõõtmiseks kuni 30 cm sügavuseni (1 jalg). MUPUSel on kolm peamist osa. Seal on PEN, mis on läbitungimistoru. PEN on kinnitatud haamrivarsi külge, mis ulatub kehast kuni 1,2 meetrini. See töötab piisava allapoole suunatud jõuga, et tungida ja matta PEN pinna alla; võimalik on mitu haamrilööki. PEN-i (läbitungimistoru) otsas või ankrus on kiirendusmõõtur ja standardne PT100 (plaatinatakistuse termomeeter). Ankurandurid koosmäärata kõvadusprofiil maandumiskohas ja soojuserinevus lõplikul sügavusel [ref]. Pindadele tungides näitab enam-vähem aeglustus kõvemat või pehmemat materjali. PEN sisaldab maatrikstemperatuuri ja soojusjuhtivuse mõõtmiseks kogu pikkuses 16 termodetektorit. PEN-il on ka soojusallikas, mis edastab soojuse komeetilisse materjali ja mõõdab selle termilist dünaamikat. Kui soojusallikas on välja lülitatud, jälgivad PEN-i andurid Päikesele lähenedes ja soojenedes komeedi temperatuuri ja energiataset. Teine osa on PEN-i peal asuv radiomeeter MUPUS TM, mis mõõdab pinna termilist dünaamikat. TM koosneb neljast optiliste filtritega termopilleandurist, mis katavad lainepikkuse vahemikku 6-25 urn.
SD2 Proovipuurimis- ja jaotusseade tungib pinnale 20 cm sügavusele. Iga väljavõetud proovi maht on mõni kuup millimeeter ja see jaotatakse 26 karussellile kinnitatud ahju. Ahjud kuumutavad proovi, saades gaasi, mis juhitakse COSAC ja PTOLEMY gaasikromatograafidesse ja massispektromeetritesse. APXS-i ja ROLIS-i andmete vaatlusi ja analüüsi kasutatakse proovivõtukohtade määramiseks, mis kõik asuvad nn tööringil alates Philae keha pöörlemisest selle Z-telje ümber.
COSAC Komeetide proovivõtt ja koostis katse. Esimene gaasikromatograaf (GC), mida ma nägin, oli kolledži laboris ja labori juhataja kasutas seda kohaliku politseiosakonna toetamiseks kohtuekspertiisi katseteks. Philae eesmärk pole midagi muud kui teha kohtuekspertiisi katsed komeedil saja miljoni miili kaugusel Maast. Philae on tegelikult Sherlock Holmesi spiooniklaas ja Sherlock on kõik teadlased Maa peal. COSACi gaasikromatograaf sisaldab massispektromeetrit ja see mõõdab komeedi materjali moodustavate elementide ja molekulide, eriti keerukate orgaaniliste molekulide koguseid. Kui see esimene labor GC, mida ma nägin, oli lähemal Philae suurusele, siis Philaes asuvad kaks GC-d on umbes kingakarbide suurused.
PTOLEEMIA. Evolveeritud gaasianalüsaator [ref], teist tüüpi gaasikromatograaf. Ptolemaiose eesmärk on mõõta spetsiifiliste isotoopide koguseid, et saada isotoopsuhted, näiteks 2 osa isotoopi C12 ühele osale C13. Definitsiooni järgi on elemendi isotoopidel prootonite arv sama, kuid tuumades erinev arv neutroneid. Üks näide on süsiniku, C12, C13 ja C14 3 isotoopi; numbrid on neutronite arv. Mõned isotoobid on stabiilsed, teised aga ebastabiilsed - radioaktiivsed ja lagunevad sama elemendi või muude elementide stabiilseteks vormideks. Ptolemaiose uurijatele pakub huvi H, C, N, O ja S elementide, eriti süsiniku, stabiilsete isotoopide (looduslike ja mitte nende, mida radioaktiivne lagunemine mõjutab või tuleneb radioaktiivse lagunemise tagajärjel) isotoopide suhe. Suhtarvud on märgid, mis näitavad, kus ja kuidas komeete luuakse. Siiani on komeetide spektroskoopilised mõõtmised isotoopse suhte määramiseks olnud eemalt ja nende täpsus on olnud ebapiisav, et teha kindlaid järeldusi komeetide päritolu ja selle kohta, kuidas komeedid on seotud planeetide loomise ja Päikese udukogu arenguga. meie päikest ümbritseva planeedisüsteemi sünnikoht, meie täht. Arenenud gaasianalüsaator soojendab proovi (~ 1000 ° C), et materjalid muutuksid gaasilises olekus, mida spektromeeter saab väga täpselt mõõta. Sarnane instrument, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer), oli instrument Mars Phoenixi laskumisel.
SESAME Pinna elektrilise heli ja akustiline jälgimise eksperimentSee instrument hõlmab kolme ainulaadset detektorit. Esimene neist on akustiline detektor SESAME / CASSE. Igal Philae maandumisjalal on akustilised emitterid ja vastuvõtjad. Mõlemad jalad pöörduvad korduvalt, edastades akustilisi laineid (vahemikus 100 hertsi KiloHertzi vahemikku) komeeti, mida teiste jalgade sensorid mõõdavad. Kuidas see laine nõrgeneb, st nõrgestub ja muundub selle läbitava komeetiamaterjali abil, saab seda kasutada koos teiste Philae instrumentidest saadud komeetiliste omadustega komeedi struktuuri igapäevaste ja hooajaliste erinevuste määramiseks sügavusele umbes 2 meetrit. Samuti jälgib CASSE passiivses (kuulamis) režiimis komeedi sees olevate harude, urgude helilaineid, mida võivad põhjustada päikeseenergia kuumutamisest tulenevad pinged ja gaase õhutavad õhud.
Järgmine on SESAME / PP detektor - Permittivity Probe. Lubavus on materjali elektriväljade takistuse mõõt. SESAME / PP edastab komeedile võnkuva (siinuslaine) elektrivälja. Philae jalad kannavad vastuvõtjaid - elektroode ja vahelduvvoolu siinusgeneraatoreid, et väljastada elektrivälja. Nii mõõdetakse komeedi materjali vastupidavust umbes 2 meetri sügavusele, andes komeedi veel ühe olulise omaduse - lubatavuse.
Kolmas detektor kannab nime SESAME / DIM. See on komeedi tolmulugeja. Nende instrumentide kirjelduste koostamiseks kasutati mitmeid viiteid. Selle instrumendi jaoks on olemas, mida ma nimetaksin, ilus kirjeldus, mida ma siin lihtsalt viitega tsiteerin. “Landeri rõdu peal olev DIM Impact Monitor (DIM) kuup on kolme aktiivse ortogonaalse (50 × 16) mm piesoanduriga tolmuandur. Mööduva tipppinge ja poolkontakti kestuse mõõtmise põhjal saab arvutada põrkuva tolmuosakeste kiirused ja raadiused. Mõõta saab osakesi raadiusega umbes 0,5 urn kuni 3 mm ja kiirusega 0,025–0,25 m / s. Kui taustmüra on väga kõrge või kui purskesignaali kiirus ja / või amplituud on liiga kõrge, lülitub süsteem automaatselt niinimetatud keskmisele pidevale režiimile; st saadakse ainult keskmine signaal, mis näitab tolmu voogu. ” [viide]
ROMAP Rosetta Landeri magnetomeeter ja plasma detektor sisaldab ka kolmandat detektorit, rõhuandurit. Mitmed kosmoseaparaadid on lennanud komeetide abil ja sisemist magnetvälja, ühte neist, mille on loonud komeedi tuum (põhiosa), pole kunagi tuvastatud. Sisemise magnetvälja olemasolu on tõenäoliselt väga nõrk ja maapinnale maandumine oleks vajalik. Selle leidmine oleks erakordne ja keeraks komeete käsitlevad teooriad pähe. Madal ja vaata, Philael on fluxgate magnetomeeter.
Meid ümbritsevat Maa magnetvälja (B) mõõdetakse nano-Teslas 10-tuhandetes (SI-ühik, Tesla miljardi kohta). Maavälist kaugemale jäävad kõik planeedid, asteroidid ja komeedid Päikese magnetvälja, mida Maa lähedal mõõdetakse ühekohalise numbriga, 5–10 nano-Tesla. Philae detektoril on vahemik +/- 2000 nanoTesla; igaks juhuks vahemik, kuid üks, mida fluxgates pakub. Selle tundlikkus on 1/100 nanoTeslast. Nii valmisid ESA ja Rosetta. Magnetomeeter suudab tuvastada väga väikese välja, kui see on kohal. Vaatleme nüüd plasmadetektorit.
Suur osa Universumi dünaamikast hõlmab plasma ioniseeritud gaaside (tavaliselt puuduvad üks või enam elektroni, mis kannavad positiivset elektrilaengut) vastasmõju magnetväljadega. Komeedid hõlmavad ka selliseid interaktsioone ja Philae kannab plasmadetektorit, et mõõta elektronide ja positiivselt laetud ioonide energiat, tihedust ja suunda. Aktiivsed komeedid eraldavad kosmosesse põhiliselt neutraalse gaasi koos väikeste tahkete (tolmu) osakestega. Päikese ultraviolettkiirgus ioniseerib osaliselt komeedi saba komeetilist gaasi, st loob plasma. Mõne kaugusel komeedi tuumast, sõltuvalt sellest, kui kuum ja tihe see plasma on, on Päikese magnetvälja ja saba plasma vahel vahe. Päikese B-väli katab komeedi saba ümber nagu valge leht, mis on lohistatud üle Halloweeni triki või taldriku, kuid millel pole silmaauke.
Nii et P67 pinnal mõõdavad Philae ROMAP / SPM detektor, elektrostaatilised analüsaatorid ja Faraday Cupi andur vabu elektrone ja ioone mitte nii tühjas ruumis. Komeeti ümbritseb „külm” plasma; SPM tuvastab ioonide kineetilise energia vahemikus 40 kuni 8000 elektronvolti (eV) ja elektronid vahemikus 0,35 eV kuni 4200 eV. Viimane, kuid mitte vähem oluline, sisaldab ROMAP rõhuandurit, mis suudab mõõta väga madalat rõhku - miljon või miljard või vähem või vähem kui õhurõhk, mida me Maa peal naudime. Kasutatakse Penning Vacuum mõõturit, mis ioniseerib pinna lähedal peamiselt neutraalset gaasi ja mõõdab tekkivat voolu.
Philae kannab 67P / Churyumov-Gerasimenko pinnale kümme mõõteriistakomplekti, kuid kümme neist esindavad 15 erinevat tüüpi detektorit. Mõned neist on üksteisest sõltuvad, st teatud omaduste saamiseks on vaja mitut andmekogumit. Philae maandumine komeedi pinnale võimaldab mõõta komeedi paljusid omadusi rusika ajal ja teisi oluliselt suurema täpsusega. Kokku saavad teadlased komeetide päritolu ja nende panuse Päikesesüsteemi arengusse mõistmise lähemale.
