Ceļojot uz tālajām zemēm, viens uzmanīgi iesaiņo. Tam, ko jūs pārvadājat, jābūt visaptverošam, bet ne tik daudz, lai tas būtu apgrūtinājums. Kad esat ieradies, jums jābūt gatavam izdarīt kaut ko ārkārtēju, lai garš ceļojums būtu tā vērts.
Iepriekšējais kosmosa žurnāla raksts “Kā jūs nolaidāties uz komētas?” aprakstīja Filae piezemēšanās paņēmienu uz komētas 67P / Churyumov-Gerasimenko. Bet ko darīs krastmala, kad tas ieradīsies un apmetīsies jaunajā apkārtnē? Kā teica Henrijs Deivids Treau: "Nav vērts doties apkārt pasaulei, lai skaitītu kaķus Zanzibārā." Tā tas ir ar Rosetta Lander Filae. Ar skatuves komplektu - izvēlēto nolaišanās vietu un nolaišanās datumu - 11. novembri, Filae nolaišanās vieta ir aprīkota ar rūpīgi pārdomātu zinātnisko instrumentu komplektu. Visaptveroša un kompakta, Philae ir kā Šveices armijas darbarīku nazis, lai pirmo reizi pārbaudītu komētu (in-situ).
Tagad apsveriet zinātniskos instrumentus Philae jomā, kas tika izvēlēti apmēram pirms 15 gadiem. Tāpat kā jebkuram labam ceļotājam, bija jānosaka budžeti, kas darbojās kā ierobežojumi instrumentu izvēlei, kurus varēja iesaiņot un nēsāt līdzi ceļojumā. Bija maksimālais svars, maksimālais tilpums un jauda. Philae gala masa ir 100 kg (220 mārciņas). Tā tilpums ir 1 × 1 × 0,8 metri (3,3 × 3,3 × 2,6 pēdas) apmēram četru degļu krāsns diapazona lielumā. Tomēr, ierodoties Philae, jādarbojas ar nelielu uzkrātas enerģijas daudzumu: 1000 vatstundas (ekvivalents 100 vatu spuldzei, kas darbojas 10 stundas). Tiklīdz šī jauda būs izlādējusies, tā no Saules paneļiem saražos maksimums 8 vati elektroenerģijas, lai to varētu uzglabāt 130 vatu stundas akumulatorā.
Nepārliecinoties, ka tie nolaidīsies nejauši un ražos vairāk enerģijas, Filae dizaineri nodrošināja lielas ietilpības akumulatoru, kuru tikai vienu reizi uzlādēja kosmosa kuģu primārie saules bloki (64 kv. Metri) pirms nolaišanās uz komētu. Ar sākotnējo zinātnes komandu secību uz kuģa Philae un akumulatora enerģiju, kas uzkrāta no Rosetta, Fila netērēs laiku, lai sāktu analīzi - atšķirībā no kriminālistikas analīzes - veikt komētas “sadalīšanu”. Pēc tam viņi izmanto mazāku akumulatoru, kura uzlādēšana prasīs vismaz 16 stundas, bet Philae ļaus studēt 67P / Churyumov-Gerasimenko potenciāli mēnešus.
Filae zemē ir 10 zinātnisko instrumentu paketes. Lai novērtētu komētas īpašības, instrumenti izmanto absorbētu, izkliedētu un izstarotu gaismu, elektrisko vadītspēju, magnētismu, siltumu un pat akustiku. Šīs īpašības ietver virsmas struktūru (virsmas materiāla morfoloģiju un ķīmisko uzbūvi), P67 iekšējo struktūru un magnētisko lauku un plazmas (jonizētas gāzes) virs virsmas. Turklāt Philae ir viena instrumenta roka, un Philae galveno korpusu var pagriezt 360 grādos ap Z asi. Stabs, kas atbalsta Filae, un tajā ir trieciena slāpētājs.
CIVA un ROLIS attēlveidošanas sistēmas. CIVA pārstāv trīs kameras, kurām ir kopīga aparatūra ar ROLIS. CIVA-P (Panoramic) ir septiņas identiskas kameras, kas ir izplatītas ap Philae korpusu, bet ar divām funkcijām darbojas kopā ar stereo attēliem. Katram no tiem ir 60 grādu redzes lauks, un to izmanto kā 1024 × 1024 CCD detektoru. Kā vairums cilvēku var atcerēties, digitālās fotokameras pēdējos 15 gados ir strauji progresējušas. Philae attēls tika veidots deviņdesmito gadu beigās, netālu no vismodernākajiem, taču mūsdienās tos pārspēj vairums viedtālruņu, vismaz pikseļu skaitā. Tomēr papildus aparatūrai ir attīstījusies arī attēlu apstrāde programmatūrā, un attēlus var uzlabot, lai to izšķirtspēja dubultotos.
CIVA-P kā sākotnējās autonomās komandu secības tūlītējais uzdevums būs apsekot visu nosēšanās vietu. Tas ir ļoti svarīgi citu instrumentu izvietošanai. Apsekošanai tā izmantos arī Filae ķermeņa Z ass rotāciju. CIVA-M / V ir mikroskopisks trīskrāsu uztvērējs (7 mikronu izšķirtspēja), un CIVA-M / I ir gandrīz infrasarkano staru spektrometrs (viļņu garuma diapazons no 1 līdz 4 mikroniem), kas pārbaudīs katru paraugu, kas tiek piegādāts COSAC un PTOLEMY krāsnis pirms paraugu uzsildīšanas.
ROLIS ir viena kamera, arī ar 1024 × 1024 CCD detektoru, kuras galvenā loma ir nosēšanās vietas apsekošana nolaišanās fāzes laikā. Kamera ir fiksēta un vērsta uz leju ar f / 5 (f-attiecība) fokusējamu objektīvu ar 57 grādu redzes lauku. Nolaišanās laikā tas ir iestatīts uz bezgalību un fotografēs ik pēc 5 sekundēm. Tās elektronika saspiež datus, lai samazinātu kopējo datu daudzumu, kas jāuzglabā un jānosūta uz Rosetta. Fokuss tiks pielāgots tieši pirms pieskāriena, bet pēc tam kamera darbojas makro režīmā, lai spektroskopiski kontrolētu komētu tūlīt zem Filae. Philae ķermeņa rotācija radīs ROLIS “darba loku”.
ROLIS daudzfunkciju dizains skaidri parāda, kā zinātnieki un inženieri strādāja kopā, lai kopumā samazinātu svaru, tilpumu un enerģijas patēriņu, kā arī padarītu iespējamu Philae un kopā ar Rosetta ietilptu nesējraķetes noslodzes robežās, saules enerģijas jaudas ierobežojumos. šūnas un baterijas, komandu un datu sistēmas un radio raidītāju ierobežojumi.
APXS. Tas ir Alfa protonu rentgenstaru spektrometrs. Šis ir gandrīz obligāts kosmosa zinātnieka Šveices armijas naža instruments. APXS spektrometri ir kļuvuši par parastu armatūru visās Mars Rover misijās, un Philae ir uzlabota Mars Pathfinder versija. APXS dizaina mantojums ir Ernesta Rutherforda un citu agrīnie eksperimenti, kas ļāva atklāt atoma struktūru un gaismas un matērijas kvantu dabu.
Šim instrumentam ir mazs Alfa daļiņu emisijas avots (Curium 244), kas ir būtisks tā darbībai. Rutherforda Alfa daļiņu atpakaļizkliedes principi tiek izmantoti, lai noteiktu vieglāku elementu, piemēram, ūdeņraža vai berilija, klātbūtni (tie, kas masveidā ir tuvu Alfa daļiņām, hēlija kodolu). Šādu vieglāku elementārdaļiņu masa elastīgās sadursmes laikā absorbēs izmērāmu enerģijas daudzumu no Alfa daļiņām; kā tas notiek Rutherford atpakaļ izkliedes tuvumā 180 grādiem. Tomēr dažas Alfa daļiņas tiek absorbētas, nevis atspoguļotas materiāla kodolos. Alfa daļiņas absorbcija izraisa protona izdalīšanos ar izmērāmu kinētisko enerģiju, kas ir unikāla arī elementārajai daļiņai, no kuras tā nāca (komētas materiālā); to izmanto, lai noteiktu smagākus elementus, piemēram, magniju vai sēru. Visbeidzot, iekšējā apvalka elektronus interesējošajā materiālā var izraidīt Alfa daļiņas. Kad elektroni no ārējiem apvalkiem aizvieto šos pazudušos elektronus, tie izstaro īpašas enerģijas (kvantu) rentgenstaru, kas ir raksturīgs tikai šai elementārajai daļiņai; tādējādi ir nosakāmi smagāki elementi, piemēram, dzelzs vai niķelis. APXS ir 20. gadsimta sākuma daļiņu fizikas iemiesojums.
APSTIPRINĀT. COmet kodola skanēšanas eksperiments ar radioviļņu pārraidi, kā norāda nosaukums, radioviļņus pārraidīs komētas kodolā. Rozetas orbiters pārraida 90 MHz radioviļņus un vienlaikus Fila stāv uz virsmas, lai uztvertu ar komētu, kas atrodas starp tām. Līdz ar to pārvietošanās laiks caur komētu un radioviļņu atlikušā enerģija ir materiāla paraksts, caur kuru tā izplatījās. Lai noteiktu komētas iekšējo struktūru, būs nepieciešami daudzi radioviļņu raidījumi un uztveršana, izmantojot CONSERT ar daudziem leņķiem. Tas ir līdzīgi tam, kā var sajust priekšā stāvoša ēna objekta formu, pagriežot galvu pa kreisi un pa labi, lai noskatītos, kā mainās siluets; pavisam jūsu smadzenes uztver objekta formu. Izmantojot CONSERT datus, ir nepieciešams sarežģīts dekonvolūcijas process, izmantojot datorus. Komētas iekštelpu precizitāte tiek uzlabota, veicot vairāk mērījumu.
MUPUS. Daudzfunkcionāls sensors virszemes un pazemes zinātnei ir detektoru komplekts, lai izmērītu komētas virsmas un pazemes virsmas enerģijas bilanci, termiskās un mehāniskās īpašības līdz 30 cm dziļumam (1 pēda). MUPUS ir trīs galvenās daļas. Ir PEN, kas ir iespiešanās caurule. PEN ir piestiprināts ar āmuru, kas atrodas līdz 1,2 metriem no ķermeņa. Tas darbojas ar pietiekamu lejupvērstu spēku, lai iekļūtu un apraktu PEN zem virsmas; ir iespējami vairāki āmura sitieni. PEN (iespiešanās caurule) galā vai enkurā ir akselerometrs un parastais PT100 (platīna pretestības termometrs). Kopā enkura sensorinoteikt cietības profilu izkraušanas vietā un siltuma difūziju galīgajā dziļumā [atsauce]. Iekļūstot virsmās, lielāks vai mazāks palēninājums norāda uz cietāku vai mīkstāku materiālu. PEN ietver 16 termodetektoru masīvu visā garumā, lai izmērītu grunts temperatūru un siltumvadītspēju. PEN ir arī siltuma avots, kas pārnes siltumu uz komētas materiālu un mēra tā termisko dinamiku. Ja siltuma avots ir izslēgts, detektori PEN kontrolēs komētas temperatūru un enerģijas bilanci, tuvojoties Saulei un sasilstot. Otrā daļa ir MUPUS TM, radiometrs virs PEN, kas mērīs virsmas siltumdinamiku. TM sastāv no četriem termopilu sensoriem ar optiskiem filtriem, lai pārklātu viļņu garumu diapazonā no 6-25 µm.
SD2 Paraugu urbšanas un izplatīšanas ierīce iekļūs virsmā un pazemes virsmā līdz 20 cm dziļumam. Katrs iegūtais paraugs būs dažu kubikmilimetru apjomā un izplatīts 26 krāsnīm, kas uzstādītas uz karuseļa. Krāsnis silda paraugu, kas rada gāzi, kas tiek piegādāta uz gāzes hromatogrāfiem un masas spektrometriem, kas ir COSAC un PTOLEMY. APXS un ROLIS datu novērojumi un analīze tiks izmantoti, lai noteiktu paraugu ņemšanas vietas, kuras visas atradīsies uz “darba apļa” no Fila ķermeņa pagriešanās ap Z asi.
COSAC Komētiskā paraugu ņemšana un sastāvs eksperimentēt. Pirmais gāzes hromatogrāfs (GC), ko es redzēju, bija koledžas laboratorijā, un laboratorijas vadītājs to izmantoja kriminālistikas pārbaudēm, atbalstot vietējo policijas departamentu. Filajas nodoms nav nekas cits kā veikt kriminālistikas testus komētā simts miljonu jūdžu attālumā no Zemes. Fila faktiski ir Šerloka Holmsa spiegu stikls, un visi Šerloka pētnieki ir uz Zemes. COSAC gāzu hromatogrāfā ietilpst masas spektrometrs, un tas mērīs elementu un molekulu, īpaši sarežģīto organisko molekulu, daudzumus, no kuriem sastāv komētas materiāls. Kamēr šī pirmā laboratorijas GC, ko es redzēju, bija tuvāk Philae lielumam, divi Filaejā esošie GC ir aptuveni apavu kārbu izmēri.
PTOLĒMIJA. Evolved Gas Analyzer [ref], cita veida gāzu hromatogrāfs. Ptolemaja mērķis ir izmērīt specifisku izotopu daudzumu izotopu attiecību iegūšanai, piemēram, 2 daļas C12 izotopam uz vienu daļu C13. Pēc definīcijas elementa izotopiem ir vienāds protonu skaits, bet atšķirīgs neitronu skaits to kodolos. Viens piemērs ir oglekļa, C12, C13 un C14 izotopi; skaitļi ir neitronu skaits. Daži izotopi ir stabili, bet citi var būt nestabili - radioaktīvi un sadalās tā paša elementa stabilās formās vai citos elementos. Ptolemaja izmeklētājus interesē H, C, N, O un S elementu, bet jo īpaši oglekļa, stabilo izotopu (dabisko un nevis tādu, kurus ietekmē radioaktīvā sabrukšana vai tie, kas rodas no radioaktīvās sabrukšanas) attiecība. Attiecības būs indikators indikatoriem par to, kur un kā tiek izveidotas komētas. Līdz šim spektroskopiski komētu mērījumi izotopu attiecību noteikšanai ir bijuši no attāluma, un to precizitāte nav bijusi pietiekama, lai izdarītu stingrus secinājumus par komētu izcelsmi un to, kā komētas ir saistītas ar planētu radīšanu un Saules miglāja attīstību. dzimšanas vieta mūsu planētu sistēmā, kas apņem Sauli, mūsu zvaigzni. Izstrādātais gāzes analizators uzsilda paraugu (~ 1000 C), lai pārveidotu materiālus gāzveida stāvoklī, ko spektrometrs var ļoti precīzi izmērīt daudzumos. Līdzīgs instruments, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer), bija instruments uz Marsa Fēniksa krastmalas.
SESAME Virsmas elektriskās skaņas un akustiskās uzraudzības eksperimentsŠajā instrumentā ir iesaistīti trīs unikāli detektori. Pirmais ir akustiskais detektors SESAME / CASSE. Katrā Philae piezemēšanās pēda ir akustiskie emitētāji un uztvērēji. Katra no kājām veiks pagriezienus, pārraidot akustiskos viļņus (diapazonā no 100 Hz līdz KiloHertz) komētā, kuru mērīs citu kāju sensori. To, kā šis vilnis tiek novājināts, tas ir, novājināts un pārveidots ar cauri esošā komētas materiāla palīdzību, var izmantot kopā ar citām komētas īpašībām, kas iegūtas no Filae instrumentiem, lai noteiktu komētas struktūras ikdienas un sezonālās izmaiņas līdz aptuveni 2 dziļumam. metri. Arī pasīvā (klausīšanās) režīmā CASSE uzraudzīs skaņas viļņus, kas radušies komētas iekšpusē esošajos grumbos, sēnītes, ko potenciāli rada Saules sildīšanas un gāzu izplūdes radītie spriegumi.
Nākamais ir SESAME / PP detektors - caurlaidības zonde. Permititivitāte ir materiāla pretestības elektriskajiem laukiem mēraukla. SESAME / PP komētā ienes oscilējošu (sinusoidālo) elektrisko lauku. Fila pēdas nes uztvērējus - elektrodus un maiņstrāvas sinusoģeneratorus, lai izstarotu elektrisko lauku. Tādējādi mēra komētas materiāla pretestību aptuveni 2 metru dziļumam, nodrošinot vēl vienu būtisku komētas īpašību - caurlaidību.
Trešo detektoru sauc par SESAME / DIM. Tas ir komētas putekļu skaitītājs. Šo instrumentu aprakstu sastādīšanai tika izmantotas vairākas atsauces. Šim instrumentam ir, ko es sauktu, skaists apraksts, kuru es šeit vienkārši citēšu ar atsauci. “Putekļu ietekmes novēršanas (DIM) kubs uz Landera balkona ir putekļu sensors ar trim aktīviem ortogonāliem (50 × 16) mm pjezo sensoriem. No īslaicīgā pīķa sprieguma un puskontakta ilguma mērījumiem var aprēķināt triecienputekļu daļiņu ātrumu un rādiusu. Var izmērīt daļiņas ar rādiusu no aptuveni 0,5 µm līdz 3 mm un ātrumu no 0,025–0,25 m / s. Ja fona troksnis ir ļoti augsts vai eksplozijas signāla ātrums un / vai amplitūdas ir pārāk augstas, sistēma automātiski pārslēdzas uz tā saucamo vidējo nepārtraukto režīmu; t.i., tiks iegūts tikai vidējais signāls, norādot putekļu plūsmas lielumu. ” [atsauce]
ROMAP Rosetta Lander magnometrs un plazma detektorā ietilpst arī trešais detektors, spiediena sensors. Vairāki kosmosa kuģi ir lidojuši ar komētām, un iekšējs magnētiskais lauks nekad nav ticis atklāts ar komētas kodolu (galveno ķermeni). Ja pastāv raksturīgs magnētiskais lauks, tas, visticamāk, ir ļoti vājš, un būtu nepieciešama nosēšanās uz virsmas. Tāda atrašana būtu neparasta, un teorijas par komētām liktu uz galvas. Zemai un lūk, Philae ir fluxgate magnetometrs.
Zemes magnētiskais (B) lauks, kas mūs ieskauj, tiek mērīts desmitajos tūkstošos nano-Teslas (SI vienība, Tesla miljardā daļa). Ārpus Zemes lauka planētas, asteroīdi un komētas ir iegremdētas Saules magnētiskajā laukā, kas netālu no Zemes tiek mērīts ar vieniem cipariem, no 5 līdz 10 nano-Tesla. Philae detektoram ir +/- 2000 nanoTesla diapazons; tikai gadījuma diapazons, bet viens, ko viegli piedāvā fluxgates. Tā jutīgums ir 1/100 no nanoTesla. Tātad, ESA un Rosetta tika sagatavoti. Magnetometrs var noteikt ļoti minūtes lauku, ja tas tur atrodas. Tagad ņemsim vērā plazmas detektoru.
Liela daļa Visuma dinamikas ir saistīta ar plazmas jonizētu gāzu (parasti trūkst viena vai vairāku elektronu, tādējādi pozitīva elektriskā lādiņa) mijiedarbību ar magnētiskajiem laukiem. Komētas arī iesaistās šādās mijiedarbībās, un Fila nes plazmas detektoru, lai izmērītu elektronu un pozitīvi lādētu jonu enerģiju, blīvumu un virzienu. Aktīvās komētas kosmosā izdala galvenokārt neitrālu gāzi, kā arī sīkas cietas (putekļu) daļiņas. Saules ultravioletais starojums daļēji jonizē komētas astes komētisko gāzi, tas ir, veido plazmu. Zināmā attālumā no komētas kodola atkarībā no tā, cik karsta un blīva ir šī plazma, starp Saules magnētisko lauku un astes plazmu ir novirze. Saules B lauks ap komētas asti ir tāds kā balta palags, kas pārklāts virs Helovīna viltības, bet bez acu caurumiem.
Tātad uz P67 virsmas Philae ROMAP / SPM detektors, elektrostatiskie analizatori un Faraday Cup sensors mērīs brīvos elektronus un jonus ne tik tukšajā vietā. Komētu apņem “auksta” plazma; SPM noteiks jonu kinētisko enerģiju diapazonā no 40 līdz 8000 elektronu voltiem (eV) un elektroniem no 0,35 eV līdz 4200 eV. Visbeidzot, ROMAP ir spiediena sensors, kas var izmērīt ļoti zemu spiedienu - miljonā vai miljardā vai mazāka par gaisa spiedienu, kāds mums ir uz Zemes. Tiek izmantots Penning Vacuum mērītājs, kas jonizē galvenokārt neitrālo gāzi virs virsmas un mēra radīto strāvu.
Philae nogādās 10 instrumentu komplektus uz 67P / Churyumov-Gerasimenko virsmas, bet kopumā desmit attēlo 15 dažādu veidu detektorus. Daži no tiem ir savstarpēji atkarīgi, tas ir, lai iegūtu noteiktas īpašības, ir vajadzīgas vairākas datu kopas. Fila piezemēšanās uz komētas virsmas nodrošinās līdzekļus, lai ar ievērojami augstāku precizitāti izmērītu komētas daudzās īpašības dūraiņa laikā un citas. Kopumā zinātnieki tuvāk sapratīs komētu izcelsmi un viņu ieguldījumu Saules sistēmas evolūcijā.
