Када путујете у далеке крајеве, једно се пакирајте пажљиво. Оно што носите мора бити свеобухватно, али не толико да представља велико оптерећење. А кад стигнете, морате бити спремни да учините нешто изванредно како би дуго путовање било вредно.
Претходни чланак Спаце Магазина „Како слетиш на комету?“ описала је Пхилаева техника слетања на комет 67П / Цхуриумов-Герасименко. Али шта ће земљиште учинити кад стигне и насели се у свом новом окружењу? Као што је рекао Хенри Давид Тхореау, "Не вреди обилазити свет да би пребројио мачке у Занзибару." Тако је и са земљорадником Росетта Пхилае. Уз постављену сцену - изабрано место слетања и датум слетања 11. новембар, слетиште Пхилае је опремљено пажљиво осмишљеним сетом научних инструмената. Свеобухватан и компактан, Пхилае је попут алата из швајцарске војске да изведе прво (ин ситу) испитивање комете.
Сада размотрите научне инструменте о Пхилаеу који су изабрани пре око 15 година. Као и сваки добар путник, требало је одредити буџете који су функционисали као ограничења у избору инструмената који се могу спаковати и носити са собом на путу. Била је максимална тежина, максимална запремина и снага. Коначна маса Пхилае-а је 100 кг. Запремина му је 1 × 1 × 0,8 метра (3,3 × 3,3 × 2,6 фт) отприлике у величини пећи од четири горионика. Међутим, Пхилае по доласку мора да функционише на мало складиштене енергије: 1000 Ватт Хоурс (еквивалентни сијалици од 100 В, која ради 10 сати). Једном када се та снага испразни, произвест ће највише 8 вата електричне енергије из соларних панела за складиштење у батерији од 130 В-сат.
Без икакве гаранције да ће случајно слетјети и произвести више снаге, Пхилае-ови дизајнери пружили су батерију великог капацитета која се, једнократно, напунила примарним соларним низовима свемирских летелица (64 квадратних метара) прије спуштања на комету. Са почетним редоследом научног командовања Пхилае-а и снагом батерије која се чува у Росетти, Пхилае неће губити време да започне анализу - за разлику од форензичке анализе - да направи „сецирање“ комете. Након тога користе мању батерију којој ће требати најмање 16 сати да се поново напуне, али ће омогућити Пхилае-у да проучава 67П / Цхуриумов-Герасименко током потенцијалних месеци.
На локацији Пхилае налази се 10 пакета научних инструмената. Инструменти користе апсорбирану, распршену и емитовану светлост, електричну проводљивост, магнетизам, топлоту, па чак и акустику за испитивање својстава комете. Та својства укључују површинску структуру (морфологија и хемијска својства површинског материјала), унутрашњу структуру П67, магнетно поље и плазме (јонизовани гасови) изнад површине. Поред тога, Пхилае има руку за један инструмент, а Пхилае-ово главно тело се може ротирати за 360 степени око З-осе. Пост који подржава Пхилае и укључује пригушивач удара.
ЦИВА и РОЛИС системи за обраду слике. ЦИВА представља три камере које деле нешто хардвера са РОЛИС-ом. ЦИВА-П (Панорамска) је седам идентичних камера, распоређених око тела Пхилае-а, али са две функционалне у тандему за стерео снимање. Свака има видно поље од 60 степени и користи се као 1024 × 1024 ЦЦД детектор. Као што се већина људи може сећати, дигитални фотоапарати су у последњих 15 година брзо напредовали. Пхилае-ови снимци дизајнирани су крајем 1990-их у близини најсавременијих, али данас их је, барем у броју пиксела, већина надмашила већином паметних телефона. Међутим, осим хардвера, обрада слике у софтверу је такође напредна и слике могу бити побољшане да би удвостручили своју резолуцију.
ЦИВА-П ће имати непосредан задатак, као део почетне секвенце аутономне наредбе, да прегледа целокупно место слетања. Од пресудног је значаја за примену других инструмената. Такође ће користити ротацију оси осе Пхилае-а за истраживање. ЦИВА-М / В је микроскопски 3-колор слика (резолуција 7 микрона), а ЦИВА-М / И је скоро инфрацрвени спектрометар (распон таласних дужина од 1 до 4 микрона) који ће прегледати сваки од узорака који су испоручени пећнице ЦОСАЦ и ПТОЛЕМИ пре загревања узорака.
РОЛИС је једна камера, такође са ЦЦД детектором од 1024 × 1024, са примарном улогом прегледа места слетања током фазе спуштања. Камера је фиксирана и окренута према доле, објективом подесивим ф / 5 (омјером ф), са видним пољем од 57 степени. За време спуштања постављено је на бесконачност и сликаће се сваких 5 секунди. Његова електроника ће компримовати податке да умањи укупне податке који се морају чувати и преносити на Росетту. Фокус ће се прилагодити непосредно пре слетања, али након тога, камера функционише у макро режиму како би спектроскопски прегледала комету одмах испод Пхилае-а. Ротација тела Пхилае створиће „радни круг“ за РОЛИС.
РОЛИС-ов дизајн са више улога јасно показује како су научници и инжењери заједно радили на смањењу тежине, запремине и потрошње енергије, и омогућили Пхилае-у и заједно са Росеттом стали у границе корисног оптерећења лансирног возила, ограничења снаге соларне енергије ћелије и батерије, ограничења командно-податковног система и радио предајника.
АПКСС. Ово је Рендгенски спектрометар Алпха Протон. Ово је скоро неопходни инструмент ножа швајцарске војске свемирског научника. АПКСС спектрометри постали су уобичајено место у свим мисијама на Марс Роверу, а Пхилае је унапређена верзија Марс Патхфиндер-а. Наслеђе АПКСС дизајна су рани експерименти Ернеста Рутхерфорда и других који су довели до открића структуре атома и квантне природе светлости и материје.
Овај инструмент има мали извор емисије алфа честица (Цуриум 244) који је неопходан за његово функционисање. Принципи Рутхерфордовог расејања алфа честица користе се за откривање присуства лакших елемената као што су Водоник или Берилијум (оних у маси блиских алфа честицама, хелијумских језгара). Маса лакших елементарних честица ће апсорбирати мерљиву количину енергије из честице Алпха током еластичног судара; као што се то догађа код Рутхерфорда, расејања око 180 степени. Међутим, неке алфа честице се апсорбују уместо језгара материјала. Апсорпција алфа честице изазива емисију протона са мерљивом кинетичком енергијом која је такође јединствена за елементарну честицу из које је настала (у материјалу у кометерима); ово се користи за откривање тежих елемената попут магнезијума или сумпора. Коначно, електрони са унутрашњом шкољком из материјала који вас занима могу се избацити алфа честице. Када електрони из спољних љуштура замењују ове изгубљене електроне, они емитују Кс-зрак специфичне енергије (квантне) која је јединствена за ту елементарну честицу; на тај начин се могу открити тежи елементи попут гвожђа или никла. АПКСС је отеловљење физике честица раног 20. века.
ЦОНСЕРТ. Експеримент са звуком нуклеуса ЦОмета радио таласним преносом, као што име каже, преносиће радио таласе у језгро комете. Орбитара Росетте одашиље радио-таласе од 90 МХз и истовремено Пхилае стоји на површини да би је примио с кометом која борави између њих. Сходно томе, време путовања кометом и преостала енергија радио таласа је потпис материјала кроз који се пропагирао. За утврђивање унутрашње структуре комете бит ће потребно многобројни радијски преноси и пријеноси од стране ЦОНСЕРТ-а кроз мноштво углова. То је слично начину на који би се могао осјетити облик сјеновитог предмета који стоји испред вас тако што ћете помицати главу лијево и десно гледати како се мијења силуета; уопште ваш мозак опажа облик предмета. Уз ЦОНСЕРТ податке, потребан је сложен процес деконволуције помоћу рачунара. Прецизност по којој је позната унутрашњост комете побољшава се са више мерења.
МУПУС. Вишенаменски сензор за науку о површини и подлози је комплет детектора за мерење енергетске равнотеже, топлотних и механичких својстава површине и подземне комете до дубине од 30 цм (1 стопа). Постоје три главна дела МУПУС-а. Постоји ПЕН који је пенетраторна цев. ПЕН је причвршћен на краку чекића која се протеже до 1,2 метра од тела. Она се користи довољно силама доле да би продрла и закопала ПЕН испод површине; могући су вишеструки ударци чекићем. На врху или сидру ПЕН-а (пенетратор цеви) је акцелерометар и стандардни ПТ100 (термометар за отпорност на платину). Сидрени сензори ће заједноодредити профил тврдоће на месту слетања и топлотну дифузивност на крајњој дубини [реф]. Како продире кроз површине, мање или више успоравање указује на чвршћи или мекши материјал. ПЕН укључује низ од 16 термичких детектора дуж своје дужине за мерење подземних температура и топлотне проводљивости. ПЕН такође има извор топлоте за пренос топлоте материјалу који излази у комору и мерење њене топлотне динамике. Кад је извор топлоте искључен, детектори у ПЕН-у ће надгледати температуру и енергетску равнотежу комете како се приближава Сунцу и загрева. Други део је МУПУС ТМ, радиометар изнад ПЕН-а који ће мерити топлотну динамику површине. ТМ се састоји од четири термопилна сензора са оптичким филтрима који покривају распон таласних дужина од 6-25 µм.
СД2 Уређај за бушење и дистрибуцију узорка ће продријети у површину и подлогу до дубине од 20 цм. Сваки дохваћени узорак бит ће запремине неколико кубних милиметара и распоређен у 26 пећница монтираних на вртићу. Пећнице греју узорак који ствара гас који се доводи у гасне хроматографе и масене спектрометре који су ЦОСАЦ и ПТОЛЕМИ. Посматрања и анализе података АПКСС и РОЛИС користиће се за одређивање места узорковања која ће се налазити у „радном кругу“ из ротације тела Пхилае око његове З-осе.
ЦОСАЦ Узимање узорака и састав експеримент. Први гасни хроматограф (ГЦ) који сам видео био је у лабораторији колеџа и користио га је руководилац лабораторија за форензичке тестове који подржавају локалну полицијску управу. Намера Пхилае-а није ништа мања од обављања форензичких испитивања на комети удаљеној стотину милиона километара од Земље. Пхилае је ефектно Схерлоцк Холмесово шпијунско стакло, а Схерлоцк су сви истраживачи на Земљи. ЦОСАЦ гасни хроматограф садржи масени спектрометар и мериће количине елемената и молекула, посебно сложених органских молекула, који чине материјал комете. Док је онај први лабораторијски ГЦ који сам видео био ближи величини Пхилае-а, два ГЦ-а у Пхилае-у су отприлике величине кутија за ципеле.
ПТОЛЕМИ. Анализатор еволуираног гаса [реф], различита врста гасног хроматографа. Сврха Птоломеја је да измери количине специфичних изотопа како би се извукли изотопски омери, на пример, два дела изотопа Ц12 у једном делу Ц13. По дефиницији, изотопи неког елемента имају исти број протона, али различит број неутрона у својим језграма. Један пример су 3 изотопа угљеника, Ц12, Ц13 и Ц14; бројеви су број неутрона. Неки изотопи су стабилни, док други могу бити нестабилни - радиоактивни и распадају се у стабилне облике истог елемента или у друге елементе. Оно што занима истраживаче Птоломеја је однос стабилних изотопа (природних, а не оних који су под утицајем или који су последица радиоактивног распада) за елементе Х, Ц, Н, О и С, али нарочито угљеник. Коефицијенти ће бити индикатори индикатора о томе где и како настају комете. До сада су спектроскопска мерења комета за одређивање изотопских односа била из даљине, а тачност је била неадекватна за изношење чврстих закључака о пореклу комета и о томе како су комете повезане са стварањем планета и развојем Сунчеве маглице, родно место нашег планетарног система који окружује Сунце, нашу звезду. Развијени анализатор гаса ће загрејати узорак (~ 1000 Ц) како би се материјали претворили у гасовито стање у којем спектрометар може веома тачно да мери количине. Сличан инструмент, ТЕГА (Тхермал Еволвед Гас Анализер) био је инструмент на слетишту Марс Пхоеник.
СЕСАМЕ Експеримент површинског електричног сондирања и акустичког надгледањаОвај инструмент укључује три јединствена детектора. Први је СЕСАМЕ / ЦАССЕ, акустички детектор. Свако Пхилаево подножје за слетање има акустичке одашиљаче и пријемнике. Свака нога ће се кретати наизменично преносећи звучне таласе (распон од 100 Хертз до КилоХертз-а) у комету коју ће мерити сензори других ногу. Како је тај талас ослабљен, тј. Ослабљен и трансформисан, помоћу кометног материјала кроз који пролази, може се употријебити заједно с другим котарским својствима стеченим из Пхилае инструмената, за одређивање дневних и сезонских варијација структуре комете до дубине од око 2 метара. Такође, у пасивном режиму (слушање) ЦАССЕ ће надгледати звучне таласе од пуцкетања, стењања унутар комете који су потенцијално узроковани напрезањима од соларног грејања и одводним гасовима.
Следи детектор СЕСАМЕ / ПП - сонда за пермитивност. Дозвољеност је мјера отпорности материјала на електрична поља. СЕСАМЕ / ПП ће испоручити осцилирајуће (синусно) електрично поље у комету. Ноге Пхилае-а носе пријемнике - електроде и АЦ-синусне генераторе који емитују електрично поље. Отпор кометног материјала на дубину од око 2 метра мери се тако пружајући још једно битно својство комете - пропусност.
Трећи детектор се зове СЕСАМЕ / ДИМ. Ово је бројач прашине комета. За састављање ових описа инструмената користило се неколико референци. За овај инструмент постоји, како бих назвао, прелепи опис који ћу овде просто навести у референци. „Коцка прашине за прашину (ДИМ) на врху балкона Ландер је сензор прашине са три активна правокутна пиезо сензора (50 × 16) мм. Из мерења прелазног вршног напона и половине трајања контакта могу се израчунати брзине и радијуси ударних честица прашине. Могу се мерити честице са радијусима од око 0,5 ум до 3 мм и брзине од 0,025–0,25 м / с. Ако је позадински шум врло висок, или су брзина и / или амплитуде сигналног рафала превисоке, систем се аутоматски пребацује у такозвани просечни непрекидни режим; тј. добиваће се само просечни сигнал који даје меру прашине. " [реф]
РОМАП Росетта Ландер магнетометар и плазма Детектор такође укључује трећи детектор, сензор притиска. Неколико свемирских летелица је прелетјело комете и унутрашње магнетно поље, а једно створено језгро комете (главно тело) никада није откривено. Ако постоји унутрашње магнетно поље, вероватно ће бити веома слабо и слетање на површину би било неопходно. Проналажење би било изванредно и претворило би теорије о кометама на њихове главе. Пхилае има ниски магнетометар.
Земљино магнетно (Б) поље које нас окружује мери се у 10с хиљада нано-Тесла (СИ јединица, милијарда Тесле). Иза земаљског поља, планете, астероиди и комете су уроњени у Сунчево магнетно поље које се у близини Земље мери једноцифреним бројем, 5 до 10 нано-Тесла. Пхилае детектор има распон од +/- 2000 наноТесла; распон за сваки случај, али онај који лако нуде флукгатес. Осетљивост је 1/100 наноТесла. Тако су ЕСА и Росетта дошли припремљени. Магнетометар може открити врло минутно поље ако је тамо. Сада размотримо детектор плазме.
Велики део динамике Универзума укључује интеракцију плазму-јонизованих гасова (углавном недостаје један или више електрона тако да носе позитиван електрични набој) са магнетним пољима. Комете такође укључују такве интеракције и Пхилае носи плазма детектор за мерење енергије, густине и смера електрона и позитивно наелектрисаних јона. Активни комети ослобађају у основи неутрални гас у простор плус мале чврсте (прашине) честице. Сунчево ултраљубичасто зрачење делимично јонизује кометарни гас кометовог репа, то јест ствара плазму. На удаљености од језгра комете, у зависности од тога колико је плазма топла и густа, постоји супротност између Сунчевог магнетног поља и плазме репа. Сунчево Б поље пресвлачи се око репа комете попут белог лима прекривеног триком Ноћи вештица, али без рупа за очи.
Дакле, на површини П67, Пхилае-ин РОМАП / СПМ детектор, електростатички анализатори и Фарадаи Цуп сензор мериће слободне електроне и јоне у не тако празном простору. „Хладна“ плазма окружује комету; СПМ ће открити јонску кинетичку енергију у опсегу од 40 до 8000 електро-волти (еВ) и електроне од 0,35 еВ до 4200 еВ. И последње, али не најмање битно, РОМАП укључује сензор притиска који може да мери веома низак притисак - милион или милијарду или мање од ваздушног притиска какав уживамо на Земљи. Користи се Пеннинг вакуум мерач који ионизира примарно неутралан гас у близини површине и мери струју која се ствара.
Пхилае ће носити 10 гарнитура инструмената на површину 67П / Цхуриумов-Герасименко, али укупно десет представљају 15 различитих врста детектора. Неки су медеусобно овисни, то јест да би се добила одређена својства потребна су мноштва података. Слетање Пхилае-а на површину комете обезбедиће средства за мерење многих својстава комете за прво време и друга са знатно већом тачношћу. Свеукупно, научници ће се приближити разумевању порекла комета и њиховог доприноса еволуцији Сунчевог система.
