Keliaudami į tolimus kraštus, vienas atsargiai įpakuokite. Tai, ką nešiojate, turi būti visa apimanti, bet ne tiek, kad būtų našta. O atvykę turite būti pasirengę padaryti ką nors nepaprasto, kad ilga kelionė būtų verta.
Ankstesnis „Space“ žurnalo straipsnis „Kaip nusileidi ant kometos?“ aprašė Philae nusileidimo techniką ant kometos 67P / Churyumov-Gerasimenko. Tačiau ką žemdirbys veiks, kai tik atvyks ir įsikurs savo naujoje aplinkoje? Kaip sakė Henris Davidas Thoreau, „neverta vaikščioti po pasaulį skaičiuoti kačių Zanzibare“. Taip yra su „Rosetta“ lander Philae. Pasirinkus sceną - pasirinktą nusileidimo vietą ir iškrovimo datą - lapkričio 11 d., Philae nusileidimo vietoje yra kruopščiai apgalvotas mokslinių instrumentų rinkinys. Išsami ir kompaktiška „Philae“ yra tarsi šveicarų armijos įrankių peilis, skirtas atlikti pirmąjį kometos patikrinimą vietoje (in situ).
Dabar apsvarstykite mokslinius Philae instrumentus, kurie buvo pasirinkti prieš maždaug 15 metų. Kaip ir bet kuriam geram keliautojui, reikėjo nustatyti biudžetus, kurie veikė kaip instrumentų pasirinkimo suvaržymai, kuriuos buvo galima supakuoti ir nešiotis kelionėje. Buvo didžiausias svoris, maksimalus tūris ir galia. Galutinė „Philae“ masė yra 100 kg (220 svarų). Jo tūris yra 1 × 1 × 0,8 metro (3,3 × 3,3 × 2,6 pėdų), maždaug keturių degiklių krosnies diapazono dydžio. Vis dėlto „Philae“ turi veikti su nedideliu energijos kiekiu, kurį jis kaupia: 1000 vatų valandų (atitinka 100 vatų lemputę, veikiančią 10 valandų). Nutekėjus energijai, iš saulės kolektorių baterijų bus pagaminta daugiausia 8 vatai elektros energijos, kurią reikia laikyti 130 vatų akumuliatoriuje.
Netikėdami patikinti, kad jie nusileis per daug ir sunaudos daugiau energijos, „Philae“ dizaineriai pateikė didelės talpos akumuliatorių, kurį tik vieną kartą įkrauna pirminiai erdvėlaivio saulės blokai (64 kv. Metrų) prieš nusileisdami į kometą. Turėdami pradinę mokslo komandų seką „Philae“ lape ir akumuliatoriaus energiją kaupdami iš „Rosetta“, „Philae“ nešvaistys laiko, kad galėtų pradėti analizę - priešingai nei kriminalistinė analizė - kometai „išskaidyti“. Po to jie sunaudos mažesnę bateriją, kuriai įkrauti prireiks mažiausiai 16 valandų, tačiau „Philae“ leis mokytis 67P / Churyumov-Gerasimenko galimus mėnesius.
Philae žemėje yra 10 mokslo instrumentų paketų. Kometos savybėms nustatyti naudojami absorbuota, išsklaidyta ir skleidžiama šviesa, elektros laidumas, magnetizmas, šiluma ir net akustika. Tos savybės apima paviršiaus struktūrą (paviršiaus medžiagos morfologiją ir cheminę struktūrą), vidinę P67 struktūrą ir magnetinį lauką bei plazmas (jonizuotas dujas) virš paviršiaus. Be to, „Philae“ turi vieno instrumento ranką, o pagrindinį „Philae“ korpusą galima pasukti 360 laipsnių kampu aplink jo Z ašį. Stulpas, kuris palaiko „Philae“ ir kuriame yra smūgio slopintuvas.
CIVA ir ROLIS vaizdavimo sistemos. CIVA atstovauja tris kameras, kurios dalijasi tam tikra aparatūra su ROLIS. „CIVA-P“ („Panoramic“) yra septynios vienodos kameros, išsidėsčiusios aplink „Philae“ korpusą, tačiau dvi veikiančios kartu su stereofotografavimu. Kiekvienas iš jų turi 60 laipsnių matymo lauką ir yra naudojamas kaip 1024 × 1024 CCD jutiklis. Kaip dauguma žmonių gali prisiminti, skaitmeniniai fotoaparatai per pastaruosius 15 metų padarė pažangą. „Philae“ atvaizdai buvo sukurti praėjusio amžiaus dešimtojo dešimtmečio pabaigoje ir buvo moderniausi, tačiau šiandien juos, bent jau taškų skaičiumi, pranoksta dauguma išmaniųjų telefonų. Tačiau, be aparatinės įrangos, vaizdų apdorojimas programinėje įrangoje taip pat yra pažengęs, ir vaizdai gali būti patobulinti, kad jų skiriamoji geba padvigubėtų.
CIVA-P, kaip pirminės autonominės komandų sekos, užduotis bus nedelsiant - apžiūrėti visą nusileidimo vietą. Tai labai svarbu diegiant kitas priemones. Tyrimui taip pat bus naudojamas „Philae“ kūno Z ašies sukimasis. CIVA-M / V yra mikroskopinis 3 spalvų vaizdajuostis (7 mikronų skiriamoji geba), o CIVA-M / I yra artimas infraraudonųjų spindulių spektrometras (bangos ilgio diapazonas nuo 1 iki 4 mikronų), kuris apžiūrės kiekvieną iš pavyzdžių, kurie pristatomi į prieš kaitinant mėginius COSAC ir PTOLEMY krosnelėse.
„ROLIS“ yra viena kamera, taip pat su 1024 × 1024 CCD detektoriumi, kurios pagrindinis vaidmuo yra stebėti nusileidimo vietą nusileidimo fazės metu. Kamera yra fiksuota ir nukreipta žemyn nukreiptu f / 5 (proporcijos) fokusavimo objektyvu su 57 laipsnių matymo lauku. Nusileidimo metu jis nustatomas iki begalybės ir fotografuos kas 5 sekundes. Jos elektronika suglaudins duomenis, kad sumažėtų visų duomenų, kurie turi būti saugomi ir perduodami „Rosetta“, duomenys. Fokusavimas bus sureguliuotas prieš pat liečiant, bet po to fotoaparatas veikia makro režimu, kad spektroskopiškai apžiūrėtų kometą iškart po „Philae“. „Philae“ kūno sukimas sukurs „darbinį ratą“ ROLIS.
Daugiafunkcinis „ROLIS“ dizainas aiškiai parodo, kaip mokslininkai ir inžinieriai dirbo kartu, kad sumažintų svorį, tūrį ir energijos sąnaudas, įgalintų „Philae“ ir kartu su „Rosetta“ atitiktų nešančiosios transporto priemonės naudingosios galios ribas, saulės energijos galios apribojimus. elementai ir baterijos, komandos ir duomenų sistemos bei radijo siųstuvų apribojimai.
APXS. Tai yra Alfa protonų rentgeno spektrometras. Tai beveik būtinas kosmoso mokslininko Šveicarijos armijos peilio instrumentas. APXS spektrometrai tapo įprastu įrankiu visose „Mars Rover“ misijose, o „Philae“ yra atnaujinta „Mars Pathfinder“ versija. APXS projekto palikimas yra ankstyvieji Ernesto Rutherfordo ir kitų eksperimentai, kurie paskatino atomo struktūros ir šviesos bei materijos kvantinės prigimties atradimą.
Šis instrumentas turi nedidelį alfa dalelių išsiskyrimo šaltinį (Curium 244), būtiną jo veikimui. Rutherfordo alfa dalelių atgalinio išsklaidymo principai yra naudojami lengvesniems elementams, tokiems kaip vandenilis arba berilis, nustatyti (artimi Alfa dalelėms, kurių masė yra Helio branduolys). Tokių lengvesnių elementariųjų dalelių masė elastingo susidūrimo metu sugers išmatuojamą energijos kiekį iš Alfa dalelių; kaip atsitinka Rutherfordo sklaidyme arti 180 laipsnių. Tačiau kai kurios Alfa dalelės absorbuojamos, o ne atsispindi medžiagos branduoliuose. Alfa dalelės absorbcija sukelia protono išsiskyrimą su išmatuojama kinetine energija, kuri taip pat būdinga elementinei dalelei, iš kurios ji kilo (kometinėje medžiagoje); tai naudojama aptikti sunkesnius elementus, tokius kaip magnis ar siera. Galiausiai, dominančios medžiagos vidinius apvalkalo elektronus gali išstumti Alfa dalelės. Kai elektronai iš išorinių apvalkalų pakeičia šiuos prarastus elektronus, jie skleidžia specifinės energijos (kvantų) rentgeno spindulius, būdingus tik tai elementariai dalelei; todėl sunkiau aptinkami elementai, tokie kaip geležis ar nikelis. APXS yra XX amžiaus pradžios dalelių fizikos įkūnijimas.
PATVIRTINTI. Brandos branduolio įgarsinimo eksperimentas perduodant radijo bangas, kaip rodo pavadinimas, perduos radijo bangas į kometos branduolį. „Rosetta“ orbitas perduoda 90 MHz radijo bangas ir tuo pat metu „Philae“ stovi ant paviršiaus, kad galėtų priimti kartu su kometa. Taigi kelionės per kometą laikas ir likusi radijo bangų energija yra medžiagos, per kurią ji sklinda, parašas. Norint nustatyti kometos vidinę struktūrą, reikės daugybės radijo laidų ir radijo laidų, kurias CONSERT transliuoja daugybe kampų. Tai panašu į tai, kaip galima pajausti priešais jus stovinčio šešėlinio objekto formą, sukant galvą į kairę ir į dešinę, kad būtų galima stebėti, kaip keičiasi siluetas; iš viso jūsų smegenys suvokia objekto formą. Turint CONSERT duomenis, reikalingas sudėtingas dekonvoliucijos procesas naudojant kompiuterius. Tikslumas, kuris yra žinomas kaip kometa, pagerėja atlikus daugiau matavimų.
MUPUS. Universalus jutiklis paviršiaus ir požeminiam mokslui yra detektorių rinkinys, skirtas išmatuoti kometos paviršiaus ir požeminio paviršiaus energijos balansą, šilumines ir mechanines savybes iki 30 cm gylio. Yra trys pagrindinės „MUPUS“ dalys. Yra PEN, kuris yra prasiskverbimo vamzdis. PEN pritvirtinamas prie plaktuko rankos, kuri tęsiasi iki 1,2 metro nuo kūno. Jis veikia pakankamai žemyn nukreipta jėga, kad prasiskverbtų ir palaidotų PEN po paviršiumi; galimi keli plaktuko smūgiai. PEN (prasiskverbimo vamzdžio) gale arba inkare yra pagreičio matuoklis ir standartinis PT100 (atsparumo platiniui termometras). Inkaro jutikliai kartu veiksnustatyti kietumo profilį nusileidimo vietoje ir šiluminį difuzinį poveikį galutiniame gylyje [ref]. Kai jis prasiskverbia į paviršius, daugiau ar mažiau lėtėjimas rodo kietesnę ar minkštesnę medžiagą. PEN apima 16 šiluminių detektorių rinkinį išilgai jo, kad būtų galima išmatuoti paviršiaus temperatūrą ir šilumos laidumą. PEN taip pat turi šilumos šaltinį, kuris perduoda šilumą į kometos medžiagą ir matuoja jos šiluminę dinamiką. Išjungus šilumos šaltinį, PEN detektoriai stebės kometos temperatūrą ir energijos balansą artėjant prie saulės ir įšylant. Antroji dalis yra MUPUS TM, radiometras, esantis ant PEN ir matuojantis paviršiaus šiluminę dinamiką. TM susideda iš keturių termopilų jutiklių su optiniais filtrais, apimančiais 6–25 µm bangos ilgį.
SD2 Mėginių gręžimo ir paskirstymo įtaisas prasiskverbs pro paviršių ir požemį iki 20 cm gylio. Kiekvienas paimtas mėginys bus kelių kubinių milimetrų tūrio ir paskirstomas 26 krosnims, pritvirtintoms ant karuselės. Krosnys kaitina mėginį, sukuriantį dujas, kurios tiekiamos į dujų chromatografus ir masės spektrometrus, kurie yra COSAC ir PTOLEMY. APXS ir ROLIS duomenų stebėjimai ir analizė bus naudojami nustatant mėginių ėmimo vietas, kurios visos bus „darbiniame apskritime“ nuo Filajaus kūno sukimosi aplink Z ašį.
COSAC Kometinis mėginių ėmimas ir sudėtis eksperimentuoti. Pirmasis dujų chromatografas (GC), kurį mačiau, buvo kolegijos laboratorijoje ir buvo naudojamas laboratorijos vadovo atliekant teismo ekspertizę, palaikant vietos policijos skyrių. „Philae“ tikslas yra ne kas kita, kaip atlikti kriminalistinius testus šimtą milijonų mylių nuo Žemės esančioje kometoje. „Philae“ iš tikrųjų yra Šerloko Holmso šnipų stiklas, o Šerlokas yra visi tyrinėtojai žemėje. Į COSAC dujų chromatografą įeina masės spektrometras, kuris išmatuos elementų ir molekulių, ypač sudėtingų organinių molekulių, sudarančių kometos medžiagą, kiekius. Nors tas pirmasis laboratorinis GC, kurį mačiau, buvo artimesnis Philae dydžiui, du Philae esantys GC yra maždaug batų dėžių dydžio.
PTOLEMIJA. Evolved Gas Analyzer [ref], kitokio tipo dujų chromatografas. Ptolemėjaus tikslas yra išmatuoti specifinių izotopų kiekius, kad būtų galima gauti izotopų santykį, pavyzdžiui, iš 2 dalių C12 izotopo į vieną C13 dalį. Pagal apibrėžimą elemento izotopai turi tą patį protonų skaičių, bet skirtingą neutronų skaičių branduoliuose. Vienas iš pavyzdžių yra 3 anglies, C12, C13 ir C14 izotopai; skaičiai yra neutronų skaičius. Kai kurie izotopai yra stabilūs, o kiti gali būti nestabilūs - radioaktyvūs ir skyla į stabilias to paties elemento formas arba į kitus elementus. Ptolemėjaus tyrinėtojams įdomus yra H, C, N, O ir S elementų, bet ypač anglies, stabilių izotopų (natūralių ir ne tų, kuriuos paveikė radioaktyvusis skilimas arba dėl jų susidaro radioaktyvusis skilimas) santykis. Santykiai bus signaliniai indikatoriai, kur ir kaip kometos kuriamos. Iki šiol spektroskopiniai kometų matavimai, skirti nustatyti izotopų santykį, buvo atliekami per atstumą, o tikslumas buvo nepakankamas, kad būtų galima daryti tvirtas išvadas apie kometų kilmę ir kaip kometos yra susijusios su planetų sukūrimu ir Saulės ūko evoliucija. mūsų planetos, supančios Saulę, mūsų žvaigždės, gimtinė. Išsiskyręs dujų analizatorius įkaitins mėginį (~ 1000 C), kad medžiagos būtų paverstos dujine būsena, kurią spektrometras gali labai tiksliai išmatuoti. Panašus instrumentas, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer), buvo instrumentas Marso Finikso žemėje.
SESAME Paviršiaus elektrinio matavimo ir akustinio stebėjimo eksperimentasŠis instrumentas apima tris unikalius detektorius. Pirmasis yra garso detektorius SESAME / CASSE. Kiekvienoje Philae tūpimo vietoje yra garso skleidėjai ir imtuvai. Kiekviena koja paeiliui perduos akustines bangas (100 Hz iki KiloHertz diapazono) į kometą, kurią išmatuos kitų kojų jutikliai. Tai, kaip tą bangą silpnina, tai yra, susilpnėja ir paverčia kometinė medžiaga, kuria ji praeina, gali būti naudojama kartu su kitomis kometos savybėmis, įgytomis iš Filajaus instrumentų, siekiant nustatyti kasdienius ir sezoninius kometos struktūros pokyčius iki maždaug 2 gylio metrų. Be to, pasyviu (klausymosi) režimu CASSE stebės kometos viduje esančių grumtynių, groančių garso bangas, kurias gali sukelti saulės kaitinimo ir orų išmetamųjų dujų įtampa.
Kitas yra SESAME / PP detektorius - pralaidumo zondas. Pralaidumas yra medžiagos atsparumo elektriniams laukams matas. „SESAME / PP“ į kometą pateks virpesių (sinusų bangos) elektrinį lauką. Filajaus kojos neša imtuvus - elektrodus ir kintamos srovės generatorius, kurie skleidžia elektrinį lauką. Taigi išmatuojamas kometinės medžiagos atsparumas maždaug 2 metrų gyliui, suteikiant kitą svarbią kometos savybę - laidumą.
Trečiasis detektorius vadinamas SESAME / DIM. Tai kometos dulkių skaitiklis. Šių instrumentų aprašams sudaryti buvo naudojamos kelios nuorodos. Šiam instrumentui yra gražus aprašymas, kurį pavadinčiau, kurį čia pacituosiu su nuoroda. „DIM Impact Monitor“ (DIM) kubas, esantis „Lander“ balkono viršuje, yra dulkių jutiklis, turintis tris aktyvius stačiakampius (50 × 16) mm pjezo jutiklius. Išmatavus trumpalaikę didžiausią įtampą ir pusės kontakto trukmę, galima apskaičiuoti smogiančių dulkių dalelių greitį ir spindulį. Galima išmatuoti daleles, kurių spindulys yra nuo maždaug 0,5 μm iki 3 mm, o greitis yra nuo 0,025–0,25 m / s. Jei fono triukšmas yra labai didelis arba perteklinio signalo dažnis ir (arba) amplitudės yra per didelės, sistema automatiškai persijungia į vadinamąjį vidutinio tęstinio režimą; y., gaunamas tik vidutinis signalas, parodantis dulkių srautą. “ [nuoroda]
ROMAP „Rosetta Lander“ magnetometras ir plazma detektorius taip pat apima trečiąjį detektorių, slėgio jutiklį. Keli kosminiai laivai skraidė kometomis, o vidinis magnetinis laukas nebuvo sukurtas. Kometos branduolys (pagrindinis kūnas) niekada nebuvo aptiktas. Jei egzistuoja vidinis magnetinis laukas, jis greičiausiai bus labai silpnas ir nusileisti ant paviršiaus būtų būtina. Tai surasti būtų nepaprasta ir suktų galvas kometoms apie komes. Žemas ir štai Philae turi magnetinio srauto matuoklį.
Aplink mus esantis Žemės magnetinis (B) laukas matuojamas dešimtosiomis tūkstančiais nano-Teslų (SI vienetas, Tesla milijardoji dalis). Už Žemės lauko ribų visos planetos, asteroidai ir kometos yra panardintos į Saulės magnetinį lauką, kuris, matuojant šalia Žemės, yra matuojamas pavieniais skaitmenimis, nuo 5 iki 10 nano-Tesla. Philae detektorius turi +/- 2000 nanoTesla diapazoną; tinkamu atveju, tačiau tokį, kurį lengvai siūlo „fluxgates“. Jo jautrumas yra 1/100 nanoTesla. Taigi, ESA ir „Rosetta“ pasiruošė. Magnetometras gali aptikti labai mažą lauką, jei jis yra. Dabar apsvarstykime plazmos detektorių.
Didžioji Visatos dinamikos dalis yra jonizuotų plazmos dujų (paprastai trūksta vieno ar daugiau elektronų, turinčių teigiamą elektros krūvį) sąveika su magnetiniais laukais. Kometose taip pat vyksta tokia sąveika, o Philae turi plazmos detektorių, skirtą matuoti elektronų ir teigiamai įkrautų jonų energiją, tankį ir kryptį. Aktyvios kometos į kosmosą išmeta neutralias dujas ir mažas kietas (dulkes) daleles. Saulės ultravioletinė spinduliuotė iš dalies jonizuoja kometos uodegos kometines dujas, ty sukuria plazmą. Tam tikru atstumu nuo kometos branduolio, atsižvelgiant į tai, kokia karšta ir tanki yra ta plazma, yra saulės saulės magnetinio lauko ir uodegos plazmos nutolimas. Saulės B laukas slenka aplink kometos uodegą, tarsi baltas lapas, užklijuotas virš Helovino triuko ar apgaulės, bet be akių skylių.
Taigi P67 paviršiuje Philae ROMAP / SPM detektorius, elektrostatiniai analizatoriai ir Faraday taurės jutiklis išmatuos laisvuosius elektronus ir jonus ne taip tuščioje vietoje. Kometą supa „šalta“ plazma; SPM nustatys jonų kinetinę energiją nuo 40 iki 8000 elektronų voltų (eV) ir elektronų nuo 0,35 eV iki 4200 eV. Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas yra tai, kad ROMAP yra slėgio jutiklis, galintis išmatuoti labai žemą slėgį - milijoninę ar milijardinę ar mažesnę nei oro slėgis, kuriuo mėgaujamės Žemėje. Naudojamas „Penning Vacuum“ matuoklis, kuris jonizuoja beveik neutralias dujas šalia paviršiaus ir matuoja generuojamą srovę.
„Philae“ neš 67 instrumentų komplektus į 67P / Churyumov-Gerasimenko paviršių, bet iš viso dešimt jų atspindi 15 skirtingų tipų detektorių. Kai kurios yra tarpusavyje susijusios, tai yra, norint gauti tam tikras savybes, reikia kelių duomenų rinkinių. Philae nusileidimas ant kometos paviršiaus suteiks galimybę išmatuoti daugelį kometos savybių per kumštį ir kitas žymiai didesniu tikslumu. Iš viso mokslininkai iš arčiau supras kometų ištakas ir jų indėlį į Saulės sistemos evoliuciją.
