כשנוסעים לארצות רחוקות, אחד אורז בזהירות. מה שאתה נושא חייב להיות מקיף אך לא כל כך שהוא נטל. וברגע שתגיעו, עליכם להיות מוכנים לעשות משהו יוצא דופן בכדי שהמסע הארוך יהיה כדאי.
המאמר הקודם של מגזין החלל "איך אתה נוחת על כוכב שביט?" תיאר את טכניקת הנחיתה של פילאדה בשביט 67P / Churyumov-Gerasimenko. אך מה יעשה הנחתת ברגע שיגיע ויתיישב בסביבתו החדשה? כמו שאמר הנרי דייוויד ת'ורו, "לא כדאי להסתובב ברחבי העולם כדי לספור את החתולים בזנזיבר." כך זה עם הנחתת רוזטה פילילה. עם מערכת הבמה - אתר נחיתה שנבחר ותאריך הנחיתה של ה- 11 בנובמבר, הנחתת פילא'ה מצוידת במערך מדוקדק של מכשירים מדעיים. מקיף וקומפקטי, פילאה דומה לסכין כלים של הצבא השוויצרי לבצע את הבדיקה הראשונה שבאתר באתר שביט.
כעת, קחו בחשבון את המכשירים המדעיים ב- Philae שנבחרו לפני כ -15 שנה. ממש כמו כל מטייל טוב, היה צורך לקבוע תקציבים אשר תפקדו כאילוצים בבחירת המכשירים שניתן לארוז ולסחוב אותם למסע. היה משקל מרבי, נפח מרבי וכוח. המסה הסופית של פילילה היא 100 ק"ג. נפחו הוא 1 × 1 × 0.8 מטר (3.3 × 3.3 × 2.6 ft) בגודל של טווח תנור עם ארבעה מבערים. עם זאת, על פילילה לתפקד על כמות קטנה של אנרגיה מאוחסנת בעת ההגעה: 1000 שעות ואט (שווה ערך לנורת 100 וואט הפועלת למשך 10 שעות). לאחר שהספק ינוקז ממנו, הוא יפיק מקסימום 8 וואט חשמל מלוחות סולאריים שיוחסנו בסוללה של 130 ואט.
מבלי להבטיח שהם ינחתו בהצלחה וייצרו יותר כוח, סיפקו מעצבי פילילה סוללה בעלת קיבולת גבוהה אשר נטענת, פעם אחת בלבד, על ידי מערכי השמש החללית הראשיים (64 מ"ר) לפני הירידה לשביט. עם רצף פיקוד מדעי ראשוני על סיפון פילילה וכוח הסוללה המאוחסן מרוזטה, פילי לא יבזבז זמן כדי להתחיל בניתוח - לא בשונה מניתוח פלילי - לבצע "דיסקציה" של שביט. לאחר מכן הם משתמשים בסוללה הקטנה יותר שתארך לפחות 16 שעות לטעינה אך תאפשר ל- Philae ללמוד 67P / Churyumov-Gerasimenko במשך חודשים פוטנציאליים.
ישנן 10 חבילות מכשיר מדעי על הנחתת פילילה. המכשירים משתמשים באור שקוע, מפוזר ונפלט, מוליכות חשמלית, מגנטיות, חום ואפילו אקוסטיקה כדי לבחון את תכונות השביט. תכונות אלה כוללות את מבנה השטח (מורפולוגיה ואיפור כימי של חומר משטח), המבנה הפנימי של P67 והשדה המגנטי והפלזמות (גזים מיוננים) מעל פני השטח. בנוסף, לפילה יש זרוע למכשיר אחד וניתן לסובב את הגוף הראשי של פילה 360 מעלות סביב ציר ה- Z שלו. העמדה התומכת ב- Philae וכוללת מרכך השפעה.
CIVA ורוליס מערכות הדמיה. CIVA מייצגת שלוש מצלמות שמשתפות קצת חומרה עם ROLIS. CIVA-P (Panoramic) היא שבע מצלמות זהות, המופצות סביב גוף הפילה אך עם שתיים המתפקדות בדמותם לדימות סטריאו. לכל אחד מהם שדה ראיה של 60 מעלות ומשתמש כגלאי CCD 1024 × 1024. כפי שרוב האנשים יכולים לזכור, מצלמות דיגיטליות התקדמו במהירות ב 15 השנים האחרונות. התמונות של פילילה תוכננו בשלהי שנות התשעים, בסמוך למודרניות, אך כיום הם עברו, לפחות במספר הפיקסלים, על ידי רוב הסמארטפונים. עם זאת, מלבד חומרה, עיבוד תמונות בתוכנה התקדם גם כן והתמונות עשויות להיות משופרות להכפלת הרזולוציה שלהן.
ל- CIVA-P תהיה המשימה המיידית, כחלק מרצף הפקודה האוטונומי הראשוני, של סקר אתר הנחיתה המלא. זה קריטי לפריסת מכשירים אחרים. זה גם ישתמש בסיבוב ציר ה- Z של גוף הפילה לסקר. CIVA-M / V הוא תמונה צבעונית מיקרוסקופית בעלת 3 צבעים (רזולוציה של 7 מיקרון) ו- CIVA-M / I הוא ספקטרומטר כמעט אינפרא אדום (טווח אורך גל של 1 עד 4 מיקרון) אשר יבדוק כל אחת מהדגימות שנמסרות ל תנורי COSAC ו- PTOLEMY לפני מחממים את הדגימות.
ROLIS היא מצלמה יחידה, גם עם גלאי CCD 1024 × 1024, עם התפקיד העיקרי של סקר אתר הנחיתה בשלב הירידה. המצלמה קבועה ומכוונת כלפי מטה עם עדשה מתכווננת למיקוד f / 5 (f- יחס) עם שדה ראיה של 57 מעלות. במהלך הירידה היא מוגדרת לאינסוף והיא תצלם כל 5 שניות. האלקטרוניקה שלה ידחוס את הנתונים כדי למזער את סך הנתונים שיש לאחסן ולהעביר לרוזטה. המיקוד יסתגל ממש לפני הנגיעה אך לאחר מכן המצלמה מתפקדת במצב מאקרו כדי לסקר באופן ספקטרוסקופי את השביט מיד מתחת לפילה. סיבוב של גוף Philae ייצר "מעגל עבודה" עבור ROLIS.
התכנון הרב-תפקידי של ROLIS מראה בבירור כיצד מדענים ומהנדסים פעלו יחד כדי להפחית באופן כללי את המשקל, הנפח וצריכת החשמל, והפכו את פילילה לאפשרית, ויחד עם רוסטה, נכנסים לגבולות המשא של רכב השיגור, מגבלות הכוח של השמש תאים וסוללות, מגבלות מערכת הפקודה ומשדרי הרדיו.
APXS. זה ספקטרומטר רנטגן של אלפא פרוטון. זהו מכשיר כמעט חובה של סכין צבא שוויץ של מדען החלל. ספקטרומטרים של APXS הפכו להיות מתקן נפוץ בכל משימותיו של מאדים רובר וה- Philae's הוא גרסה משודרגת למודעות של Mars Pathfinder. מורשתו של עיצוב ה- APXS היא הניסויים המוקדמים של ארנסט רתרפורד ואחרים שהובילו לגילוי מבנה האטום ואופי הקוונטים של האור והחומר.
למכשיר זה מקור קטן לפליטת חלקיקי אלפא (Curium 244) החיוני לפעולתו. העקרונות של פיזור גב Rutherford של חלקיקי אלפא משמשים לאיתור נוכחות של יסודות קלים יותר כמו מימן או בריליום (אלה הקרובים לחלקיק אלפא במסה, גרעין הליום). המסה של חלקיקים אלמנטיים קלים יותר כאלו תספוג כמות מדידה של אנרגיה מחלקיק האלפא במהלך התנגשות אלסטית; כפי שקורה בפיזור האחורי של רתרפורד ליד 180 מעלות. עם זאת, חלקיקי אלפא מסוימים נקלטים ולא משתקפים על ידי גרעיני החומר. קליטת חלקיק אלפא גורמת לפליטה של פרוטון עם אנרגיה קינטית ניתנת למדידה שהיא גם ייחודית לחלקיק היסודי ממנו הוא הגיע (בחומר הקומטרי); זה משמש לגילוי יסודות כבדים יותר כמו מגנזיום או גופרית. לבסוף, אלקטרונים מעטפת פנימית בחומר המעניין יכולים להיות מגורשים על ידי חלקיקי אלפא. כאשר אלקטרונים מפגזים חיצוניים מחליפים אלקטרונים אבודים אלה, הם פולטים רנטגן של אנרגיה ספציפית (קוונטית) הייחודית לאותו חלקיק יסודי; לפיכך ניתן לזהות אלמנטים כבדים יותר כמו ברזל או ניקל. APXS הוא התגלמות הפיזיקה של חלקיקי המאה ה -20.
התעדכן. ניסוי נשמע גרעיני COmet על ידי העברת גלי רדיו, כפי שהשם מרמז, ישדר גלי רדיו לגרעין שביט. מסלול הרוזטה משדר גלי רדיו של 90 מגה הרץ ובו זמנית Philae עומד על פני השטח כדי לקבל את השביט השוכן ביניהם. כתוצאה מכך, זמן המסע דרך השביט והאנרגיה שנותרה של גלי הרדיו היא חתימה של החומר דרכו הוא התפשט. שידורי רדיו וקבלות פנים רבות על ידי CONSERT דרך ריבוי זוויות יידרשו כדי לקבוע את המבנה הפנימי של השביט. זה דומה לאופן שבו ניתן לחוש את צורתו של חפץ מוצל העומד מולך על ידי סריקת ראשו של אחד ימינה ושמאלה כדי לראות כיצד הצללית משתנה; בסך הכל המוח שלך תופס את צורת האובייקט. עם נתוני CONSERT, יש צורך בתהליך פירוק מורכב המשתמש במחשבים. הדיוק שאליו ידוע פנים השביט משתפר עם יותר מדידות.
MUPUS. חיישן רב תכליתי למדעי השטח והתת-קרקע היא חבילת גלאים למדידת איזון האנרגיה, המאפיינים התרמיים והמכניים של פני השביט ומתחת לפני השטח עד לעומק של 30 ס"מ. ישנם שלושה חלקים עיקריים ל- MUPUS. יש את ה- PEN שהוא צינור החודר. PEN מחובר לזרוע פטיש המשתרעת עד 1.2 מטר מהגוף. הוא פורש בכוח מספיק כלפי מטה כדי לחדור ולקבור PEN מתחת לפני השטח; כמה פעולות פטיש אפשריות. בקצה, או בעוגן, של PEN (צינור החודר) הוא מד תאוצה ותקן PT100 (מדחום התנגדות פלטינה). יחד, חיישני העוגן יעשו זאתקבע את פרופיל הקשיות באתר הנחיתה ואת הדיפוזיביות התרמית בעומק הסופי [ref]. כאשר הוא חודר אל המשטחים, האטה פחות או יותר מצביעה על חומר קשה יותר או רך יותר. ה- PEN כולל מערך של 16 גלאים תרמיים לאורכו למדידת טמפרטורות תת קרקעיות ומוליכות תרמית. ל- PEN יש גם מקור חום להעברת חום לחומר הקיטרי ולמדוד הדינמיקה התרמית שלו. כאשר מקור החום כבוי, גלאים ב- PEN יפקחו על טמפרטורת ואיזון האנרגיה של השביט כשהוא מתקרב לשמש ומתחמם. החלק השני הוא ה- MUPUS TM, רדיומטר מעל ה- PEN אשר ימדוד את הדינמיקה התרמית של פני השטח. TM מורכב מארבעה חיישנים תרמופיליים עם פילטרים אופטיים לכיסוי טווח אורך גל בין 6-25 מיקרומטר.
SD2 מכשיר קידוח והפצה לדוגמא יחדרו את פני השטח לתחתית לעומק של 20 ס"מ. כל מדגם שאוחזר יהיה בנפח של כמה מילימטרים מעוקבים ומחולק ל 26 תנורים המותקנים על קרוסלה. התנורים מחממים את הדגימה היוצרת גז המועבר לכרומטוגרפי הגז ולספקטרומטרים המוניים שהם COSAC ו- PTOLEMY. תצפיות וניתוח של נתוני APXS ו- ROLIS ישמשו לקביעת מיקומי הדגימה שכולם יהיו על "מעגל עבודה" מסיבוב גופו של פילי סביב ציר ה- Z שלו.
COSAC דגימה וקומפוזיציה כספית ניסוי. כרומטוגרף הגז הראשון שראיתי היה במעבדה במכללה והיה בשימוש על ידי מנהל המעבדה לבדיקות משפטיות התומכות במחלקת המשטרה המקומית. כוונתו של פילאיי היא לא פחות מאשר לבצע בדיקות משפטיות בכוכב שביט של מאות מיליון מיילים מכדור הארץ. פילילה היא למעשה זכוכית המרגלים של שרלוק הולמס, ושרלוק הוא כל החוקרים בכדור הארץ. כרומטוגרף הגז של COSAC כולל ספקטרומטר מסיבי וימדוד את כמויות היסודות והמולקולות, במיוחד מולקולות אורגניות מורכבות, המרכיבות חומר שביט. בעוד שאותו GC במעבדה הראשונה שראיתי היה קרוב יותר לגודל פילילה, שני GCs בפילילה הם בערך בגודל של ארגזי נעליים.
PTOLEMY. מנתח גז מפותח [ref], סוג שונה של כרומטוגרף גז. מטרת תלמי היא למדוד את כמויות האיזוטופים הספציפיים כדי לגזור את היחס האיזוטופי, למשל, 2 חלקים איזוטופ C12 לחלק אחד C13. בהגדרה, לאיזוטופים של יסוד יש אותו מספר פרוטונים אך מספרים שונים של נויטרונים בגרעין שלהם. דוגמא אחת היא 3 האיזוטופים של פחמן, C12, C13 ו- C14; המספרים הם מספר הנויטרונים. חלק מהאיזוטופים יציבים בעוד שאחרים יכולים להיות לא יציבים - רדיואקטיביים ומתפרקים לצורות יציבות של אותו יסוד או אלמנטים אחרים. מה שמעניין את חוקרי תלמי הוא היחס בין איזוטופים יציבים (טבעיים ולא כאלה שנפגעים כתוצאה מהתפרקויות רדיואקטיביות) עבור היסודות H, C, N, O ו- S, אך בעיקר פחמן. היחסים יהיו אינדיקטורים מדויקים היכן ואיך נוצרים שביטים. עד כה, מדידות ספקטרוסקופיות של שביטים בכדי לקבוע יחסים איזוטופיים היו ממרחק והדיוק לא היה מספיק כדי להסיק מסקנות נחרצות לגבי מקור שביט וכיצד שביטים קשורים ליצירת כוכבי לכת והתפתחות ערפילית השמש, מקום הולדת המערכת הפלנטרית שלנו סביב השמש, הכוכב שלנו. מנתח גז מפותח יחמם דגימה (~ 1000 צלזיוס) כדי להפוך את החומרים למצב גזי שספקטרומטר יכול למדוד בכמויות מדויקות מאוד. מכשיר דומה, TEGA (Thermal Evolution Gas Analyzer) היה מכשיר על הנחתת מאדים פיניקס.
SESAME ניסוי חשמלי במשטח וניסוי ניטור אקוסטימכשיר זה כולל שלושה גלאים ייחודיים. הראשון הוא ה- SESAME / CASSE, הגלאי האקוסטי. בכל רגל נחיתה של פילילה יש פולטים ומקלטים אקוסטיים. כל אחת מהרגליים תעבור להעברת גלים אקוסטיים (100 הרץ לטווח קילו הרץ) לתוך שביט אותו ימדדו חיישני הרגליים האחרות. כיצד ניתן להחליש את הגל ההוא, כלומר נחלש והופך על ידי החומר הקומטרי שהוא עובר, יחד עם תכונות קומטריות אחרות שנצברו ממכשירי פילילה, כדי לקבוע וריאציות יומיות ועונתיות במבנה השביט לעומק של בערך 2 מטר. כמו כן, במצב פסיבי (האזנה), CASSE יפקח על גלי קול מפורקים, נאנקים בתוך השביט הנגרמים על ידי לחץ באמצעות חימום סולרי וגזי אוורור.
הבא הוא גלאי SESAME / PP - בדיקת ההיתר. פרמיטיביות היא מדד ההתנגדות שיש לחומר בפני שדות חשמליים. SESAME / PP יעביר שדה חשמלי מתנדנד (גל סינוס) לשביט. רגלי פילה נושאות את המקלטים - אלקטרודות ומחוללי סינוס AC לפליטת השדה החשמלי. כך נמדדת ההתנגדות של החומר הקומטרי לעומק של כ -2 מטר ומספקת תכונה חיונית נוספת של השביט - ההיתר.
הגלאי השלישי נקרא SESAME / DIM. זהו דלפק האבק שביט. היו כמה אזכורים ששימשו להכנת תיאורי מכשירים אלה. עבור מכשיר זה יש, מה שהייתי קוראת, תיאור יפה אשר אני אצטט כאן רק עם התייחסות. "קוביית DIM Impact Monitor (DIM) על גבי מרפסת לנדר הוא חיישן אבק עם שלושה חיישני פייזו אורתוגונליים (50 × 16) מ"מ. ממדידת מתח השיא החולף ומשך זמן מגע, ניתן לחשב את המהירות והרדיוסים של חלקיקי האבק המשפיעים. ניתן למדוד חלקיקים עם רדיוסים של בערך 0.5 מיקרומטר ל- 3 מ"מ ומהירויות בין 0.025-0.25 מ"ש. אם רעשי הרקע גבוהים מאוד, או שהקצב ו / או המשרעות של האות המתפרצים גבוהים מדי, המערכת עוברת אוטומטית למצב שנקרא ממוצע ממוצע; כלומר, רק האות הממוצע יתקבל, ויתן מדד לשטף האבק. " [ref]
ROMAP רוזטה לנדר מגנטומטר ופלזמה הגלאי כולל גם גלאי שלישי, חיישן לחץ. כמה חלליות טסו על ידי שביטים ושדה מגנטי מהותי, כזה שנוצר על ידי גרעין השביט (הגוף העיקרי) מעולם לא התגלה. אם קיים שדה מגנטי מהותי, סביר להניח שהוא חלש מאוד ונחיתה על פני השטח הייתה נחוצה. למצוא אחד כזה יהיה יוצא דופן ויהפוך את התיאוריות בנוגע לשביטים על ראשם. למתחם נמוך ולפילה יש מגנטומטר פלקסגייט.
השדה המגנטי של כדור הארץ (B) המקיף אותנו נמדד בעשרות אלפי ננו-טסלס (יחידת SI, מיליארד טסלה). מעבר לשדה של כדור הארץ, כוכבי הלכת, האסטרואידים והשביטים כולם שקועים בשדה המגנטי של השמש, שנמצא בקרבת כדור הארץ נמדד בספרות בודדות, 5 עד 10 ננו-טסלה. הגלאי של Philae כולל טווח של +/- 2000 nanoTesla; טווח פשוט למקרה אך אחד שמציע פלוקסגאטים בקלות. יש לו רגישות של 1/100 של ננו טסלה. אז, ESA ורוזטה הגיעו מוכנים. המגנטומטר יכול לזהות שדה דקה מאוד אם הוא שם. עכשיו נשקול את גלאי הפלזמה.
חלק גדול מהדינמיקה של היקום כוללת אינטראקציה בין גזים מיונמים בפלזמה (בדרך כלל חסרים אלקטרונים או יותר ובכך נושאים מטען חשמלי חיובי) עם שדות מגנטיים. שביטים כרוכים גם באינטראקציות כאלו ופילה נושא גלאי פלזמה למדידת האנרגיה, הצפיפות והכיוון של אלקטרונים ושל יוני טעונים חיוביים. שביטים פעילים משחררים למעשה גז ניטרלי לחלל בתוספת חלקיקים קטנים ומוצקים (אבק). הקרינה האולטרה-סגולה של השמש מייננת חלקית את הגז הקיטרי בזנב השביט, כלומר יוצר פלזמה. במרחק מסוים מגרעין השביט תלוי כמה פלזמה החמה והצפופה קיימת התנגדות בין השדה המגנטי של השמש לפלזמה של הזנב. שדה B של השמש מתכסה סביב זנבו של השביט, כמו סדין לבן עטוף מעל טריק או מטפח ליל כל הקדושים, אך ללא חורים בעיניים.
אז על פני השטח של P67, גלאי ה- ROMAP / SPM של Philae, מנתחי אלקטרוסטטי וחיישן פאראדיי גביע ימדדו אלקטרונים ויונים חופשיים במרחב הלא כל כך ריק. פלזמה "קרה" מקיפה את השביט; SPM יאתר אנרגיה קינטית של יונים בטווח של 40 עד 8000 אלקטרונים וולט (eV) ואלקטרונים מ- 0.35 eV ל- 4200 eV. אחרון חביב, ROMAP כולל חיישן לחץ שיכול למדוד לחץ נמוך מאוד - מיליון או מיליארד או פחות מלחץ האוויר שאנחנו נהנים ממנו על כדור הארץ. משתמשים במד ואקום Penning המיינן את הגז הנייטרלי בעיקר בסמוך לפני השטח ומודד את הזרם הנוצר.
Philae תוביל 10 סוויטות מכשירים אל פני השטח של 67P / Churyumov-Gerasimenko, אך בסך הכל העשרה מייצגת 15 סוגים שונים של גלאים. חלקם תלויים זה בזה, כלומר, כדי לגזור מאפיינים מסוימים, יש צורך בערכות נתונים מרובות. הנחתת פילילה על משטח השביט תספק את האמצעים למדידת תכונות רבות של שביט למשך זמן האגרוף ואחרות ברמת דיוק גבוהה משמעותית. בסך הכל, המדענים יתקרבו להבנת מקורם של שביטים ותרומתם להתפתחות מערכת השמש.
