Подорожуючи далеко в далекі краї, один обережно збирається. Те, що ви носите, повинно бути вичерпним, але не настільки, щоб це було тягарем. І як тільки ви приїдете, ви повинні бути готові зробити щось надзвичайне, щоб зробити довгу подорож вартістю.
Попередня стаття космічного журналу "Як ти приземлишся до комети?" описав техніку посадки Філа на комету 67P / Чурюмов-Герасименко. Але що зробить землекористувач, коли він прибуде та влаштується у своєму новому оточенні? Як сказав Генрі Девід Торе, "Не варто їздити по світу, щоб порахувати котів у Занзібарі". Так це і з землеробом Rosetta Philae. З набором сцени - обраним місцем посадки та датою посадки 11 листопада, приземлитель Philae оснащений ретельно продуманим набором наукових інструментів. Комплексний та компактний, Філа - це як інструмент швейцарської армії, який проводив першу на місці (на місці) експертизу комети.
Тепер розглянемо наукові інструменти щодо Філа, які були відібрані близько 15 років тому. Як і будь-який хороший мандрівник, бюджети повинні були встановлюватись, які функціонували як обмеження у виборі інструментів, які можна було упакувати та продовжувати в дорозі. Була максимальна вага, максимальний об'єм та потужність. Кінцева маса Філа - 100 кг (220 фунтів). Його об'єм становить 1 × 1 × 0,8 метра (3,3 × 3,3 × 2,6 фута) приблизно за розміром чотирьох духовок. Однак, Philae повинен функціонувати на невеликій кількості накопиченої енергії після прибуття: 1000 Вт-годин (еквівалент 100-ватною лампочці, що працює протягом 10 годин). Після того, як ця потужність буде вичерпана, вона буде виробляти максимум 8 Вт електроенергії з сонячних панелей для зберігання в акумуляторі потужністю 130 Вт.
Не маючи жодної впевненості, що вони приземляться випадково і вироблять більше енергії, дизайнери Philae забезпечили акумулятор високої ємності, який одноразово заряджається первинними сонячними масивами космічних кораблів (64 кв.м) перед спуском до комети. Завдяки початковій послідовності командної науки Philae та енергії акумулятора, що зберігається від Rosetta, Philae не витрачає часу на початок аналізу - не на відміну від криміналістичного аналізу - для проведення «розсічення» комети. Після цього вони використовують менший акумулятор, який потребуватиме щонайменше 16 годин для поповнення, але дозволить Філе вивчити 67P / Чурюмов-Герасименко протягом потенційних місяців.
На посадці Філа є 10 пакетів наукових приладів. Для аналізу властивостей комети інструменти використовують поглинене, розсіяне та випромінюване світло, електропровідність, магнетизм, тепло і навіть акустику. Ці властивості включають структуру поверхні (морфологія та хімічний склад поверхневого матеріалу), внутрішню структуру P67, магнітне поле та плазми (іонізовані гази) над поверхнею. Крім того, Philae має руку для одного інструменту, а основний корпус Philae можна повертати на 360 градусів навколо своєї осі Z. Пост, який підтримує Філа і включає демпфер.
CIVA та ROLIS системи візуалізації. CIVA представляє три камери, які діляться деяким обладнанням з ROLIS. CIVA-P (Panoramic) - це сім однакових камер, розподілених навколо корпусу Philae, але з двома функціонуючими в тандемі для стереозйомки. Кожен має 60-градусне поле зору і використовує як 1024 × 1024 детектор CCD. Як згадує більшість людей, цифрові камери швидко просунулися за останні 15 років. Зображувачі Philae були сконструйовані наприкінці 1990-х років, майже сучасні, але сьогодні вони, принаймні за кількістю пікселів, перевершені більшістю смартфонів. Однак, крім апаратних засобів, обробка зображень в програмному забезпеченні також просунулася, і зображення можуть бути покращені, щоб подвоїти їх роздільну здатність.
CIVA-P матиме безпосереднє завдання, як частина початкової послідовності автономних команд, обстежити повне місце посадки. Це дуже важливо для використання інших інструментів. Він також використовуватиме обертання тіла осі Філа для обстеження. CIVA-M / V - це мікроскопічний 3-кольоровий томограф (роздільна здатність 7 мкм), а CIVA-M / I - це інфрачервоний спектрометр, що знаходиться поруч (діапазон довжин хвиль від 1 до 4 мкм), який буде перевіряти кожен зразків, які доставлені духовки COSAC & PTOLEMY до нагрівання зразків.
ROLIS - це одна камера, також із детектором ПЗЗ 1024 × 1024, головна роль якої проводить зйомку місця посадки під час фази спуску. Камера закріплена і спрямована вниз з об'єктивом, що регулюється фокусом f / 5 (f), з полем зору 57 градусів. Під час спуску він встановлюється в нескінченність і буде робити знімки кожні 5 секунд. Його електроніка буде стискати дані, щоб мінімізувати загальні дані, які необхідно зберігати та передавати в Rosetta. Фокус буде налаштований безпосередньо перед приземленням, але після цього камера функціонує в макрорежимі, щоб спектроскопічно дослідити комету безпосередньо під Філою. Обертання тіла Філа створить «робочий круг» для ROLIS.
Багаторазовий дизайн ROLIS чітко показує, як вчені та інженери працювали разом, щоб загалом зменшити вагу, об'єм та енергоспоживання, а також зробити Philae можливим та разом з Rosetta підходити в межах корисного навантаження ракет-носіїв, обмеження потужності сонячної енергії комірки та батареї, обмеження системи управління командами та даними та радіопередавачі.
APXS. Це Рентгенівський спектрометр Альфа Протон. Це майже необхідний інструмент ножа швейцарського армійського космічного вченого. Спектрометри APXS стали загальним пристосуванням для всіх місій Mars Rover, і Philae є вдосконаленою версією Mars Pathfinder. Спадщина дизайну APXS - це ранні експерименти Ернеста Резерфорда та інших, які призвели до виявлення будови атома та квантової природи світла і речовини.
Цей прилад має невелике джерело викиду частинок Альфа (Curium 244), важливе для його роботи. Принципи Резерфордського зворотного розсіювання частинок Альфи використовуються для виявлення наявності більш легких елементів, таких як Водень або Берилій (ті, які близькі до альфа-частинки в масі, ядра гелію). Маса таких більш легких елементарних частинок поглинає вимірювану кількість енергії з альфа-частинки під час пружного зіткнення; як це відбувається в Резерфорді, що розкидає назад близько 180 градусів. Однак деякі частинки альфа поглинаються, а не відбиваються ядрами матеріалу. Поглинання альфа-частинки спричиняє викид протона з вимірюваною кінетичною енергією, яка також є унікальною для елементарної частинки, з якої вона потрапила (у комерційному матеріалі); це використовується для виявлення важчих елементів, таких як магній або сірка. Нарешті, електрони внутрішньої оболонки з цікавого матеріалу можуть витіснятися альфа-частинками. Коли електрони із зовнішніх оболонок замінюють ці втрачені електрони, вони випромінюють рентген специфічної енергії (кванту), яка є унікальною для цієї елементарної частинки; таким чином, можна виявити важчі елементи, такі як залізо або нікель. APXS - це втілення фізики частинок початку 20 століття.
КОНСЕРТ. Експеримент з зондування ядра COmet за допомогою радіохвильової передачі, як випливає з назви, передаватиме радіохвилі в ядро комети. Орбіта Розетта передає радіохвилі на 90 МГц і одночасно Філа стоїть на поверхні, щоб приймати разом з кометою, яка знаходиться між ними. Отже, час подорожі через комету та енергію, що залишилася радіохвиль, є ознакою матеріалу, через який вона поширювалася. Для визначення внутрішньої структури комети потрібно буде багато радіопередач і приймань CONSERT через безліч кутів. Це схоже на те, як можна відчути форму тінистого предмета, що стоїть перед вами, поводячи голову вліво і вправо, щоб спостерігати, як змінюється силует; узагалі ваш мозок сприймає форму предмета. З даними CONSERT необхідний складний процес деконволюції за допомогою комп'ютерів. Точність, з якою відомий інтер'єр комети, підвищується за допомогою більшої кількості вимірювань.
MUPUS. Багатоцільовий датчик для поверхових та підземних наук являє собою набір детекторів для вимірювання енергетичного балансу, теплових та механічних властивостей поверхні та підземної комети до глибини 30 см (1 фут). У МВСУ є три основні частини. Існує ПЕН, яка є пробіркою. PEN кріпиться до молотка, яка простягається до 1,2 метра від тіла. Він розгортається з достатньою силою вниз для проникнення та закопування PEN нижче поверхні; можливі кілька ударів молотом. На наконечнику або якорі ПЕН (трубка проникнення) - акселерометр і стандартний PT100 (термометр опору платини). Разом, якірні датчики будутьвизначити профіль твердості на місці посадки та теплову дифузивність на кінцевій глибині [ref]. Коли він проникає на поверхні, більш-менш уповільнення вказує на твердіший або м'якший матеріал. PEN включає в себе масив 16 теплових детекторів по всій його довжині для вимірювання приземних температур і теплопровідності. У PEN також є джерело тепла для передачі тепла комерційному матеріалу та вимірювання його теплової динаміки. Якщо джерело тепла вимкнено, детектори в PEN контролюватимуть температурний та енергетичний баланс комети, коли він наближається до Сонця та нагрівається. Друга частина - це ТМ MUPUS, радіометр на ПЕН, який буде вимірювати теплову динаміку поверхні. ТМ складається з чотирьох термопілевих датчиків з оптичними фільтрами для покриття діапазону довжин хвиль від 6-25 мкм.
SD2 Пристрій свердління та розподілення зразків проникне на поверхню та під поверхню на глибину 20 див. Кожен отриманий зразок буде об'ємом декількох кубічних міліметрів і розподілятиметься на 26 духовок, встановлених на каруселі. Духовки нагрівають зразок, який створює газ, який надходить на газові хроматографи та мас-спектрометри, що представляють собою COSAC і PTOLEMY. Спостереження та аналіз даних APXS та ROLIS будуть використані для визначення місць вибірки, всі з яких будуть знаходитись у «робочому колі» від обертання тіла Філая щодо його осі Z.
COSAC Комерційний відбір проб та склад експериментувати. Перший газовий хроматограф (GC), який я побачив, знаходився в лабораторії коледжу і його використовував керівник лабораторії для проведення криміналістичних випробувань, що підтримують місцевий відділ поліції. Намір Філа - не менше, ніж проводити криміналістичні випробування на кометі, що знаходиться за сто мільйонів миль від Землі. Філа ефективно шпигунське скло Шерлока Холмса, а Шерлок - всі дослідники на Землі. Газовий хроматограф COSAC включає мас-спектрометр і вимірює кількість елементів і молекул, особливо складних органічних молекул, що утворюють комета. Хоча ця перша лабораторія GC, яку я побачив, була ближчою до розміру Філа, два ГК у Філа приблизно розмірами ящиків для взуття.
ПТОЛЕМІЯ. Аналізатор еволюціонованого газу [ref], газовий хроматограф іншого типу. Метою Птолемея є вимірювання кількості специфічних ізотопів для отримання ізотопних співвідношень, наприклад, 2 частини ізотопу С12 до однієї частини С13. За визначенням, ізотопи елемента мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів у своїх ядрах. Одним із прикладів є 3 ізотопи Карбону, С12, С13 та С14; числа - кількість нейтронів. Деякі ізотопи стабільні, тоді як інші можуть бути нестабільними - радіоактивними і розпадаються на стійкі форми того ж елемента або в інші елементи. Цікавим для дослідників Птолемея є співвідношення стабільних ізотопів (природних, а не тих, які впливають на радіоактивний розпад або є наслідком цього) для елементів H, C, N, O і S, а особливо вуглецю. Коефіцієнти будуть показовими показниками того, де і як створюються комети. До цих пір спектроскопічні вимірювання комет для визначення ізотопних співвідношень проводилися здалеку, а точність була недостатньою для отримання чітких висновків про походження комет і про те, як комети пов'язані зі створенням планет і еволюцією Сонячної туманності, батьківщина нашої планетарної системи, що оточує Сонце, нашу зірку. Розроблений газоаналізатор нагріє зразок (~ 1000 С) для перетворення матеріалів у газоподібний стан, спектрометр може дуже точно виміряти величини. Аналогічний інструмент, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer), був інструментом на посадці Mars Phoenix.
SESAME Експеримент з поверхневим електричним звучанням та акустичним моніторингомЦей інструмент включає три унікальних детектора. Перший - акустичний детектор SESAME / CASSE. Кожна підніжжя Philae має акустичні випромінювачі та приймачі. Кожна з ніг буде по черзі передавати в комету акустичні хвилі (100 Герц до діапазону Кілогерца), які вимірюватимуть датчики інших ніг. Ослаблена та перетворена ця хвиля, тобто ослаблена та перетворена комерційним матеріалом, через який вона проходить, може бути використана разом з іншими комерційними властивостями, отриманими від інструментів Філа, для визначення щоденних та сезонних змін структури комети на глибину приблизно 2 метрів. Крім того, в пасивному (прослуховувальному) режимі CASSE буде стежити за звуковими хвилями від скрипів, стогонів всередині комети, викликаних потенційно напруженнями від сонячного нагріву та відведення газів.
Далі - детектор SESAME / PP - зонд Permitibility. Постійність - це міра стійкості, яку матеріал має до електричних полів. SESAME / PP доставить в комету коливальне (синусоїдальне) електричне поле. Ноги Філи несуть приймачі - електроди та генератори змінного струму для випромінювання електричного поля. Таким чином, вимірюється стійкість кометаріуму до глибини близько 2 метрів, що забезпечує ще одну істотну властивість комети - проникність.
Третій детектор називається SESAME / DIM. Це лічильник кометного пилу. Для складання цих описів інструментів було кілька посилань. Для цього інструменту є, як я б назвав, прекрасний опис, який я просто цитую тут із посиланням. “Куб монітора впливу пилу (DIM) на балконі Lander - це датчик пилу з трьома діючими ортогональними п’єзодатчиками (50 × 16) мм. З вимірювання перехідної пікової напруги та половини тривалості контакту можна розрахувати швидкості та радіуси впливу частинок пилу. Можна виміряти частинки з радіусами приблизно від 0,5 мкм до 3 мм і швидкостями 0,025–0,25 м / с. Якщо фоновий шум дуже високий, або швидкість та / або амплітуди сигналу розриву занадто високі, система автоматично переходить у так званий середній безперервний режим; тобто отримуватиметься лише середній сигнал, що дає міру потоку пилу. " [ref]
ROMAP Магнітометр і плазмовий розетка детектор також включає третій детектор, датчик тиску. Кілька космічних кораблів пролетіли кометами і внутрішнім магнітним полем, один, створений ядром комети (основним тілом), ніколи не був виявлений. Якщо існує власне магнітне поле, воно, ймовірно, буде дуже слабким, і висадка на поверхню буде необхідною. Пошук одного був би неординарним і перетворив би теорії щодо комет на голову. Філа має низький магнітометр.
Магнітне (В) поле Землі, яке оточує нас, вимірюється в 10-ти тисячах нано-тесла (одиниця СІ, мільярдна частина Тесли). Поза земним полем планети, астероїди та комети занурені в магнітне поле Сонця, яке біля Землі вимірюється в однозначних цифрах, від 5 до 10 нано-Тесла. Детектор Філи має діапазон +/- 2000 наноТесла; діапазон про всяк випадок, але той, який легко пропонують флюсгати. Він має чутливість 1/100-ту частину наноТесла. Отже, ESA та Rosetta прийшли підготовлені. Магнітометр може виявити дуже хвилинне поле, якщо воно там. Тепер розглянемо плазмовий детектор.
Значна частина динаміки Всесвіту пов'язана з взаємодією плазмоіонізованих газів (як правило, відсутній один або більше електронів, несучи позитивний електричний заряд) з магнітними полями. Комети також включають такі взаємодії, і Філа здійснює плазмовий детектор для вимірювання енергії, щільності та напрямку електронів та позитивно заряджених іонів. Активні комети випускають по суті нейтральний газ у простір плюс невеликі тверді (пилові) частинки. Ультрафіолетове випромінювання Сонця частково іонізує кометний газ хвоста комети, тобто створює плазму. На деякій відстані від ядра комети, залежно від того, наскільки гаряча і щільна ця плазма, виникає протистояння між магнітним полем Сонця та плазмою хвоста. Поле Сонця B драпірується навколо хвоста комети, подібного до білого аркуша, намальованого хитрістю Хеллоуїна, але без очима.
Тож на поверхні P67 детектор ROMAP / SPM Philae, електростатичні аналізатори та датчик Faraday Cup вимірюють вільні електрони та іони в не так порожньому просторі. "Комета" оточує "холодну" плазму; SPM виявить кінетичну енергію іонів у діапазоні від 40 до 8000 електрон-вольт (еВ) та електронів від 0,35 еВ до 4200 еВ. І останнє, але не менш важливе, ROMAP містить датчик тиску, який може вимірювати дуже низький тиск - мільйонний або мільярдний або менший, ніж тиск повітря, яким ми користуємося на Землі. Використовується вакуумний датчик Пеннінга, який іонізує в основному нейтральний газ біля поверхні і вимірює струм, що утворюється.
Філа перенесе 10 наборів приладів на поверхню 67P / Чурюмов-Герасименко, але в цілому десять представляють 15 різних типів детекторів. Деякі взаємозалежні, тобто для отримання певних властивостей потрібні кілька наборів даних. Посадка Філа на поверхню комети забезпечить засоби для вимірювання багатьох властивостей комети за перший час та інших із значно більшою точністю. Взагалі вчені наблизяться до розуміння походження комет та їх внеску в еволюцію Сонячної системи.
