Semasa melakukan perjalanan ke kawasan yang jauh, seseorang mengemas dengan berhati-hati. Apa yang anda bawa mestilah menyeluruh tetapi tidak terlalu membebankan. Dan setelah anda tiba, anda mesti bersedia melakukan sesuatu yang luar biasa agar perjalanan panjang itu bermanfaat.
Artikel Space Magazine sebelumnya "Bagaimana anda mendarat di Komet?" menerangkan teknik pendaratan Philae di komet 67P / Churyumov-Gerasimenko. Tetapi apa yang akan dilakukan pendarat setelah tiba dan menetap di persekitaran barunya? Seperti kata Henry David Thoreau, "Tidak ada gunanya berkeliling dunia untuk menghitung kucing di Zanzibar." Begitu juga dengan Philae pendarat Rosetta. Dengan tahap panggung - lokasi pendaratan yang dipilih dan tarikh pendaratan pada 11 November, pendarat Philae dilengkapi dengan set instrumen saintifik yang difikirkan dengan teliti. Komprehensif dan padat, Philae adalah seperti alat pisau Tentera Swiss untuk melakukan pemeriksaan komet di tempat (in-situ) pertama.
Sekarang, pertimbangkan instrumen saintifik mengenai Philae yang dipilih sekitar 15 tahun yang lalu. Sama seperti pengembara yang baik, anggaran harus ditetapkan yang berfungsi sebagai kekangan pada pemilihan instrumen yang dapat dikemas dan dibawa sepanjang perjalanan. Terdapat berat maksimum, volume maksimum, dan kekuatan. Jisim akhir Philae ialah 100 kg (220 lbs). Isipadu adalah 1 × 1 × 0,8 meter (3,3 × 3,3 × 2,6 kaki) kira-kira ukuran jarak empat ketuhar pembakar. Walau bagaimanapun, Philae mesti berfungsi dengan sedikit tenaga tersimpan semasa ketibaan: 1000 Watt-Jam (bersamaan dengan mentol 100 watt yang berjalan selama 10 jam). Setelah kuasa habis, ia akan menghasilkan maksimum 8 watt elektrik dari panel Solar untuk disimpan dalam bateri 130 Watt-Hour.
Tanpa jaminan bahawa mereka akan mendarat dengan semestinya dan menghasilkan lebih banyak tenaga, para pereka Philae menyediakan bateri berkapasiti tinggi yang dicas, sekali sahaja, oleh susunan solar kapal angkasa utama (64 meter persegi) sebelum turun ke komet. Dengan urutan arahan sains awal di atas kapal Philae dan kuasa bateri yang tersimpan dari Rosetta, Philae tidak akan membuang masa untuk memulakan analisis - tidak seperti analisis forensik - untuk melakukan "pembelahan" komet. Selepas itu, mereka menggunakan bateri yang lebih kecil yang akan mengambil masa sekurang-kurangnya 16 jam untuk mengisi semula tetapi akan membenarkan Philae belajar 67P / Churyumov-Gerasimenko selama beberapa bulan.
Terdapat 10 pakej instrumen sains di Philae lander. Instrumen menggunakan cahaya yang diserap, tersebar, dan dipancarkan, kekonduksian elektrik, daya tarikan, haba, dan bahkan akustik untuk menilai sifat komet. Sifat-sifat tersebut merangkumi struktur permukaan (morfologi dan susunan bahan kimia permukaan), struktur dalaman P67, dan medan magnet dan plasma (gas terion) di atas permukaan. Selain itu, Philae mempunyai lengan untuk satu instrumen dan badan utama Philae dapat diputar 360 darjah di sekitar paksi Znya. Pos yang menyokong Philae dan termasuk peredam hentaman.
CIVA dan ROLIS sistem pengimejan. CIVA mewakili tiga kamera yang berkongsi beberapa perkakasan dengan ROLIS. CIVA-P (Panoramic) adalah tujuh kamera yang sama, diedarkan di sekitar badan Philae tetapi dengan dua berfungsi bersamaan untuk pencitraan stereo. Masing-masing mempunyai bidang pandangan 60 darjah dan digunakan sebagai pengesan CCD 1024 × 1024. Seperti yang diingat oleh kebanyakan orang, kamera digital telah maju dengan pesat dalam 15 tahun terakhir. Pembayang gambar Philae dirancang pada akhir tahun 1990-an, dekat dengan canggih, tetapi hari ini gambar ini dilebihi, sekurang-kurangnya dalam jumlah piksel, oleh kebanyakan telefon pintar. Namun, selain perkakasan, pemprosesan gambar dalam perisian juga maju dan gambarnya dapat ditingkatkan untuk menggandakan resolusi mereka.
CIVA-P akan memiliki tugas langsung, sebagai bagian dari urutan perintah autonomi awal, untuk meninjau lokasi pendaratan yang lengkap. Penting untuk penggunaan instrumen lain. Ia juga akan menggunakan putaran paksi-Z badan Philae untuk meninjau. CIVA-M / V adalah pencitraan 3 warna mikroskopik (resolusi 7 mikron) dan CIVA-M / I adalah spektrometer infra merah dekat (jarak gelombang 1 hingga 4 mikron) yang akan memeriksa setiap sampel yang dihantar ke ketuhar COSAC & PTOLEMY sebelum sampel dipanaskan.
ROLIS adalah kamera tunggal, juga dengan pengesan CCD 1024 × 1024, dengan peranan utama untuk meninjau lokasi pendaratan semasa fasa turun. Kamera tetap dan menunjuk ke bawah dengan lensa laras fokus f / 5 (nisbah f) dengan bidang pandangan 57 darjah. Semasa keturunan ia diatur ke tak terhingga dan akan mengambil gambar setiap 5 saat. Elektroniknya akan memampatkan data untuk meminimumkan jumlah data yang mesti disimpan dan dihantar ke Rosetta. Fokus akan diselaraskan sebelum touchdown tetapi selepas itu, kamera berfungsi dalam mod makro untuk meninjau komet secara spektroskopi tepat di bawah Philae. Putaran badan Philae akan mewujudkan "lingkaran kerja" untuk ROLIS.
Reka bentuk pelbagai peranan ROLIS dengan jelas menunjukkan bagaimana para saintis dan jurutera bekerjasama untuk mengurangkan berat badan, jumlah, dan penggunaan tenaga secara keseluruhan, dan menjadikan Philae mungkin dan, bersama dengan Rosetta, sesuai dengan had muatan kenderaan pelancaran, batasan kuasa solar sel dan bateri, batasan perintah dan sistem data dan pemancar radio.
APXS. Ini adalah satu Spektrometer X-ray Alpha Proton. Ini adalah alat yang hampir mustahak dari Swiss Army Knife saintis angkasa. Spektrometer APXS telah menjadi perlawanan biasa di semua misi Mars Rover dan Philae's adalah versi Mars Pathfinder yang ditingkatkan. Warisan reka bentuk APXS adalah eksperimen awal oleh Ernest Rutherford dan lain-lain yang membawa kepada penemuan struktur atom dan sifat kuantum cahaya dan jirim.
Instrumen ini mempunyai sumber kecil pelepasan zarah Alpha (Curium 244) yang penting untuk operasinya. Prinsip-prinsip Rutherford Back-hamburan zarah-zarah Alpha digunakan untuk mengesan kehadiran unsur-unsur yang lebih ringan seperti Hidrogen atau Beryllium (yang dekat dengan zarah Alpha secara besar-besaran, inti Helium). Jisim partikel unsur yang lebih ringan akan menyerap sejumlah tenaga yang dapat diukur dari zarah Alpha semasa perlanggaran elastik; seperti yang berlaku di Rutherford hamburan belakang hampir 180 darjah. Walau bagaimanapun, sebilangan zarah Alpha diserap daripada dipantulkan oleh inti bahan. Penyerapan zarah Alpha menyebabkan pelepasan proton dengan tenaga kinetik yang dapat diukur yang juga unik untuk zarah unsur dari mana ia berasal (dalam bahan kometil); ini digunakan untuk mengesan unsur yang lebih berat seperti magnesium atau sulfur. Terakhir, elektron cangkang dalam bahan yang menarik dapat diusir oleh zarah Alpha. Apabila elektron dari cengkerang luar menggantikan elektron yang hilang ini, mereka memancarkan sinar-X tenaga spesifik (kuantum) yang unik untuk zarah asas itu; oleh itu, unsur-unsur yang lebih berat seperti Besi atau Nikel dapat dikesan. APXS adalah perwujudan Fizik Partikel abad ke-20 awal.
KONSERT. Eksperimen Suara Nukleus COmet oleh Penghantaran gelombang radio, seperti namanya, akan mengirimkan gelombang radio ke inti komet. Orbit Rosetta menghantar gelombang radio 90 MHz dan secara serentak Philae berdiri di permukaan untuk menerima dengan komet yang berada di antara mereka. Akibatnya, masa perjalanan melalui komet dan sisa tenaga gelombang radio adalah tanda bahan yang melaluinya. Banyak transmisi dan penerimaan radio melalui KONSERT melalui banyak sudut diperlukan untuk menentukan struktur dalaman komet. Ia serupa dengan bagaimana seseorang dapat merasakan bentuk objek bayangan yang berdiri di depan anda dengan menggerakkan kepala seseorang ke kiri dan ke kanan untuk melihat bagaimana bayangan berubah; sama sekali otak anda melihat bentuk objek. Dengan data KONSERT, proses dekonvolusi kompleks menggunakan komputer diperlukan. Ketepatan yang diketahui dalaman komet bertambah baik dengan lebih banyak ukuran.
MUPUS. Sensor Pelbagai Tujuan untuk Sains Permukaan dan Permukaan Bawah Tanah adalah rangkaian alat pengesan untuk mengukur keseimbangan tenaga, sifat termal dan mekanikal permukaan dan permukaan bawah komet hingga kedalaman 30 cm (1 kaki). Terdapat tiga bahagian utama untuk MUPUS. Terdapat PEN yang merupakan tabung penembus. PEN dilekatkan pada lengan pemalu yang memanjang hingga 1.2 meter dari badan. Ia menggunakan kekuatan ke bawah yang cukup untuk menembus dan menguburkan PEN di bawah permukaan; pelbagai pukulan tukul adalah mungkin. Di hujung, atau penambat, PEN (tiub penembus) adalah pecutan dan PT100 standard (Termometer Rintangan Platinum). Bersama-sama, sensor sauh akantentukan profil kekerasan di lokasi pendaratan dan daya ketebalan terma pada kedalaman akhir [ref]. Oleh kerana ia menembusi permukaan, perlambatan lebih kurang menunjukkan bahan lebih keras atau lebih lembut. PEN merangkumi pelbagai 16 pengesan termal sepanjang panjangnya untuk mengukur suhu bawah permukaan dan kekonduksian terma. PEN juga mempunyai sumber haba untuk menghantar haba ke bahan komet dan mengukur dinamika termalnya. Dengan sumber haba mati, pengesan di PEN akan memantau keseimbangan suhu dan tenaga komet ketika menghampiri Matahari dan memanas. Bahagian kedua adalah MUPUS TM, radiometer di atas PEN yang akan mengukur dinamika terma permukaan. TM terdiri daripada empat sensor termopile dengan penapis optik untuk merangkumi jarak gelombang antara 6-25 µm.
SD2 Sampel Drill and Distribution device akan menembusi permukaan dan permukaan bawah hingga kedalaman 20 cm. Setiap sampel yang diambil akan berukuran beberapa milimeter padu dan diedarkan ke 26 ketuhar yang dipasang pada karusel. Ketuhar memanaskan sampel yang menghasilkan gas yang dihantar ke kromatograf gas dan spektrometer jisim yang COSAC dan PTOLEMY. Pemerhatian dan analisis data APXS dan ROLIS akan digunakan untuk menentukan lokasi pengambilan sampel yang semuanya akan berada pada "lingkaran kerja" dari putaran badan Philae mengenai paksi Znya.
COSAC Persampelan dan Komposisi Kometari eksperimen. Kromatograf gas pertama (GC) yang saya lihat berada di makmal kolej dan digunakan oleh pengurus makmal untuk ujian forensik yang menyokong jabatan polis tempatan. Tujuan Philae tidak lain adalah untuk melakukan ujian forensik pada komet yang beratus-ratus juta batu dari Bumi. Philae berkesan sebagai kaca mata pengintip Sherlock Holmes dan Sherlock adalah semua penyelidik di Bumi. Kromatograf gas COSAC merangkumi spektrometer massa dan akan mengukur jumlah unsur dan molekul, terutamanya molekul organik kompleks, yang membentuk bahan komet. Walaupun makmal pertama GC yang saya lihat lebih dekat dengan ukuran Philae, kedua-dua GC di Philae adalah mengenai ukuran kotak kasut.
PTOLEMI. Penganalisis Gas Berkembang [ref], jenis kromatograf gas yang berbeza. Tujuan Ptolemy adalah untuk mengukur kuantiti isotop tertentu untuk mendapatkan nisbah isotop, misalnya, 2 bahagian isotop C12 hingga satu bahagian C13. Secara definisi, isotop unsur mempunyai bilangan proton yang sama tetapi bilangan neutron yang berbeza dalam inti mereka. Salah satu contohnya ialah 3 isotop Karbon, C12, C13 dan C14; nombor menjadi bilangan neutron. Sebilangan isotop stabil sementara yang lain tidak stabil - radioaktif dan merosot menjadi bentuk stabil unsur yang sama atau menjadi unsur lain. Apa yang menarik bagi penyelidik Ptolemy adalah nisbah isotop stabil (semula jadi dan bukan yang terjejas oleh, atau yang disebabkan oleh, peluruhan radioaktif) untuk unsur H, C, N, O dan S, tetapi terutama Karbon. Nisbahnya akan menjadi petunjuk penunjuk di mana dan bagaimana komet dibuat. Sehingga kini, pengukuran spektroskopi komet untuk menentukan nisbah isotop dari jarak jauh dan ketepatannya tidak mencukupi untuk membuat kesimpulan tegas mengenai asal komet dan bagaimana komet dihubungkan dengan penciptaan planet dan evolusi Nebula Suria, tempat kelahiran sistem planet kita yang mengelilingi Matahari, bintang kita. Penganalisis gas yang berevolusi akan memanaskan sampel (~ 1000 C) untuk mengubah bahan menjadi keadaan gas yang spektrometer dapat mengukur kuantiti dengan tepat. Instrumen serupa, TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer) adalah instrumen pendarat Mars Phoenix.
SESAMA Eksperimen Pemantauan Elektrik Permukaan dan AkustikInstrumen ini melibatkan tiga pengesan unik. Yang pertama ialah SESAME / CASSE, pengesan akustik. Setiap kaki pendaratan Philae mempunyai pemancar dan penerima akustik. Setiap kaki akan bergantian menghantar gelombang akustik (jarak 100 Hertz ke KiloHertz) ke dalam komet yang akan diukur oleh sensor kaki yang lain. Bagaimana gelombang itu dilemahkan, yaitu, dilemahkan dan diubah, oleh bahan kometari yang dilaluinya, dapat digunakan bersama dengan sifat kometari lain yang diperoleh dari instrumen Philae, untuk menentukan variasi harian dan musiman dalam struktur komet hingga kedalaman sekitar 2 meter. Juga, dalam mod pasif (mendengar), CASSE akan memantau gelombang suara dari celah-celah, rintihan di dalam komet yang berpotensi disebabkan oleh tekanan dari pemanasan Solar dan gas pengudaraan.
Seterusnya adalah pengesan SESAME / PP - Permitivity Probe. Permitiviti adalah ukuran rintangan yang ada pada medan elektrik. SESAME / PP akan menghantar medan elektrik berayun (gelombang sinus) ke dalam komet. Kaki Philae membawa penerima - elektrod dan penjana sinus AC untuk mengeluarkan medan elektrik. Rintangan bahan komet sehingga kedalaman kira-kira 2 meter diukur memberikan sifat penting lain dari komet - kebolehtelapan.
Pengesan ketiga dipanggil SESAME / DIM. Ini adalah pembilang habuk komet. Terdapat beberapa rujukan yang digunakan untuk menyusun deskripsi instrumen ini. Untuk instrumen ini, ada, apa yang saya sebut, penerangan indah yang akan saya petik di sini dengan rujukan. “Kubus Dust Impact Monitor (DIM) di atas balkoni Lander adalah sensor debu dengan tiga sensor piezo ortogonal aktif (50 × 16) mm. Dari pengukuran voltan puncak sementara dan separuh masa hubungan, halaju dan jejari zarah debu yang terkena dapat dikira. Zarah-zarah dengan jari-jari dari sekitar 0,5 μm hingga 3 mm dan halaju dari 0,025-0,25 m / s dapat diukur. Sekiranya bunyi latar sangat tinggi, atau laju dan / atau amplitud isyarat pecah terlalu tinggi, sistem secara automatik beralih ke mod Berterusan Berterusan yang disebut; iaitu, hanya isyarat purata yang akan diperoleh, memberikan ukuran fluks debu. " [rujukan]
ROMAP Magnetometer dan Plasma Rosetta Lander pengesan juga merangkumi pengesan ketiga, sensor tekanan. Beberapa kapal angkasa terbang oleh komet dan medan magnet intrinsik, yang dihasilkan oleh inti komet (badan utama) tidak pernah dapat dikesan. Sekiranya medan magnet intrinsik wujud, kemungkinan sangat lemah dan pendaratan di permukaan diperlukan. Menemukan satu adalah luar biasa dan akan mengubah teori mengenai komet di kepala mereka. Rendah dan lihatlah Philae mempunyai magnetometer fluksik.
Medan magnet Bumi (B) di sekitar kita diukur dalam 10-an dari ribuan nano-Teslas (unit SI, satu bilion dari Tesla). Di luar medan Bumi, planet-planet, asteroid, dan komet semuanya terbenam di medan magnet Matahari yang, di dekat Bumi, diukur dalam satu digit, 5 hingga 10 nano-Tesla. Pengesan Philae mempunyai jarak +/- 2000 nanoTesla; julat kes yang sesuai tetapi ditawarkan oleh fluxgates. Ia mempunyai kepekaan 1/100 nanoTesla. Oleh itu, ESA dan Rosetta datang bersiap. Magnetometer dapat mengesan medan yang sangat minima jika berada di sana. Sekarang mari kita pertimbangkan pengesan Plasma.
Sebilangan besar dinamika Alam Semesta melibatkan interaksi gas terionisasi plasma (umumnya hilang satu atau lebih elektron sehingga membawa muatan elektrik positif) dengan medan magnet. Komet juga melibatkan interaksi seperti itu dan Philae membawa pengesan plasma untuk mengukur tenaga, ketumpatan dan arah elektron dan ion bermuatan positif. Komet aktif melepaskan gas neutral pada ruang dan zarah pepejal (habuk) kecil. Sinaran ultraviolet Matahari mengionkan sebahagian gas komet dari ekor komet, iaitu mencipta plasma. Pada jarak yang jauh dari inti komet bergantung pada seberapa panas dan padatnya plasma itu, terdapat perbezaan antara medan magnet Matahari dan plasma ekor. Padang Matahari B melingkar di sekitar ekor komet seperti lembaran putih yang dilapisi trik atau penawar Halloween tetapi tanpa lubang mata.
Jadi di permukaan P67, pengesan ROMAP / SPM Philae, penganalisis elektrostatik dan sensor Piala Faraday akan mengukur elektron dan ion bebas di tempat yang tidak begitu kosong. Plasma "sejuk" mengelilingi komet; SPM akan mengesan tenaga kinetik ion dalam lingkungan 40 hingga 8000 elektron-volt (eV) dan elektron dari 0.35 eV hingga 4200 eV. Akhir sekali, ROMAP menyertakan sensor tekanan yang dapat mengukur tekanan yang sangat rendah - sepersejuta atau seperseratus atau kurang daripada tekanan udara yang kita nikmati di Bumi. Alat ukur Vakum Penning digunakan yang mengionkan gas neutral terutamanya di permukaan dan mengukur arus yang dihasilkan.
Philae akan membawa 10 suite instrumen ke permukaan 67P / Churyumov-Gerasimenko tetapi keseluruhannya sepuluh mewakili 15 jenis pengesan yang berbeza. Sebahagiannya saling bergantung, iaitu, untuk mendapatkan sifat tertentu, seseorang memerlukan banyak set data. Mendarat Philae di permukaan komet akan memberi kaedah untuk mengukur banyak sifat komet untuk masa penumbuk dan yang lain dengan ketepatan yang jauh lebih tinggi. Secara keseluruhan, para saintis akan lebih dekat untuk memahami asal usul komet dan sumbangan mereka terhadap evolusi Sistem Suria.
