عند السفر إلى مناطق بعيدة ، يحزم المرء بعناية. يجب أن يكون ما تحمله شاملاً ولكن ليس كثيرًا لدرجة أنه عبء. وبمجرد وصولك ، يجب أن تكون مستعدًا للقيام بشيء غير عادي لجعل الرحلة الطويلة جديرة بالاهتمام.
مقال مجلة الفضاء السابق "كيف تهبط على المذنب؟" وصف تقنية هبوط Philae على المذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko. ولكن ماذا سيفعل الهبوط بمجرد وصوله واستقراره في محيطه الجديد؟ كما قال هنري ديفيد ثورو ، "ليس من المجدي الذهاب حول العالم لإحصاء القطط في زنجبار." هذا هو الحال مع المركبة الفضائية روزيتا فيلة. مع مجموعة المسرح - تم اختيار موقع الهبوط وتاريخ الهبوط في 11 نوفمبر ، تم تجهيز Landae Lander بمجموعة من الأدوات العلمية المدروسة بعناية. تعتبر Philae شاملة ومدمجة ، مثل سكين أدوات الجيش السويسري لإجراء أول فحص في الموقع (في الموقع) للمذنب.
الآن ، ضع في اعتبارك الأدوات العلمية في فيلة التي تم اختيارها منذ حوالي 15 عامًا. تمامًا مثل أي مسافر جيد ، يجب تعيين الميزانيات التي تعمل كقيود على اختيار الأداة التي يمكن تعبئتها وحملها في الرحلة. كان هناك أقصى وزن وأقصى حجم وقوة. الكتلة النهائية لفيلة هي 100 كجم (220 رطلاً). حجمها 1 × 1 × 0.8 متر (3.3 × 3.3 × 2.6 قدم) تقريبًا بحجم نطاق فرن الموقد الأربعة. ومع ذلك ، يجب أن تعمل Philae على كمية صغيرة من الطاقة المخزنة عند الوصول: 1000 وات في الساعة (أي ما يعادل لمبة 100 وات تعمل لمدة 10 ساعات). بمجرد استنزاف هذه الطاقة ، ستنتج ما يصل إلى 8 واط من الكهرباء كحد أقصى من الألواح الشمسية ليتم تخزينها في بطارية 130 وات في الساعة.
دون أي ضمان بأنهم سوف يهبطون بالصدفة وينتجون المزيد من الطاقة ، قدم مصممو Philae بطارية ذات سعة عالية يتم شحنها مرة واحدة فقط من خلال صفائف المركبة الفضائية الشمسية الأساسية (64 مترًا مربعًا) قبل الهبوط إلى المذنب. مع تسلسل أوامر علمية أولية على متن Philae وطاقة البطارية المخزنة من Rosetta ، لن تضيع Philae أي وقت لبدء التحليل - على عكس تحليل الطب الشرعي - للقيام بـ "تشريح" المذنب. بعد ذلك ، يستخدمون البطارية الأصغر التي ستستغرق 16 ساعة على الأقل لإعادة الشحن ولكنها ستسمح لـ Philae بدراسة 67P / Churyumov-Gerasimenko لأشهر محتملة.
هناك 10 حزم أدوات علمية على متن المركبة Philae. تستخدم الأدوات الضوء الممتص والمنتشر والمنبعث ، والتوصيل الكهربائي ، والمغناطيسية ، والحرارة ، وحتى الصوتيات لفحص خصائص المذنب. وتشمل هذه الخصائص البنية السطحية (الشكل المورفولوجي والتركيب الكيميائي للمواد السطحية) ، والهيكل الداخلي لـ P67 ، والمجال المغناطيسي والبلازما (الغازات المتأينة) فوق السطح. بالإضافة إلى ذلك ، لدى Philae ذراع لأداة واحدة ويمكن تدوير جسم Philae الرئيسي 360 درجة حول محوره Z. المنشور الذي يدعم فيلة ويتضمن مخفف الصدمات.
CIVA و ROLIS أنظمة التصوير. تمثل CIVA ثلاث كاميرات تشترك في بعض الأجهزة مع ROLIS. CIVA-P (بانورامي) هي سبع كاميرات متطابقة ، موزعة حول جسم فيلة ولكن مع وظيفتين بالترادف للتصوير الاستريو. لكل منها مجال رؤية 60 درجة ويستخدم كاشف 1024 × 1024 CCD. كما يتذكر معظم الناس ، تقدمت الكاميرات الرقمية بسرعة في الخمسة عشر عامًا الماضية. تم تصميم أجهزة تصوير Philae في أواخر التسعينيات ، بالقرب من أحدث طراز ، ولكن اليوم تجاوزتها معظم الهواتف الذكية ، على الأقل في عدد وحدات البكسل. ومع ذلك ، إلى جانب الأجهزة ، تقدمت معالجة الصور في البرامج أيضًا وقد يتم تحسين الصور لمضاعفة دقتها.
ستقوم CIVA-P بالمهمة الفورية ، كجزء من تسلسل الأوامر الأولية المستقلة ، لمسح موقع الهبوط الكامل. إنه أمر حاسم لنشر أدوات أخرى. كما ستستخدم دوران المحور Z لجسم فيلة للمسح. CIVA-M / V عبارة عن جهاز تصوير مجهر ثلاثي الألوان (دقة 7 ميكرون) و CIVA-M / I عبارة عن مطياف الأشعة تحت الحمراء القريب (نطاق الطول الموجي من 1 إلى 4 ميكرون) الذي سيفحص كل من العينات التي يتم تسليمها إلى أفران COSAC و PTOLEMY قبل تسخين العينات.
ROLIS هي كاميرا واحدة ، أيضًا مع كاشف CCD 1024 × 1024 ، مع الدور الأساسي لمسح موقع الهبوط أثناء مرحلة الهبوط. الكاميرا ثابتة ومتجهة لأسفل مع عدسة قابلة للضبط البؤري f / 5 (نسبة f) قابلة للضبط مع مجال رؤية يبلغ 57 درجة. أثناء الهبوط ، يتم تعيينه على ما لا نهاية وسيتخذ صورًا كل 5 ثوانٍ. سوف تقوم أجهزتها الإلكترونية بضغط البيانات لتقليل إجمالي البيانات التي يجب تخزينها ونقلها إلى Rosetta. سيتم ضبط التركيز البؤري قبل الهبوط مباشرةً ، ولكن بعد ذلك ، تعمل الكاميرا في الوضع الكلي للمسح الطيفي للمذنب أسفل Philae مباشرةً. إن دوران جسم فيلة سيخلق "دائرة عمل" لـ ROLIS.
يوضح التصميم متعدد الأدوار لـ ROLIS بوضوح كيف عمل العلماء والمهندسون معًا لتقليل الوزن والحجم واستهلاك الطاقة بشكل عام ، وجعل Philae ممكنًا ، مع Rosetta ، يتناسب مع حدود الحمولة لمركبة الإطلاق ، وحدود الطاقة الشمسية الخلايا والبطاريات وحدود نظام القيادة والبيانات وأجهزة الإرسال الراديوية.
APXS. هذا ال مطياف ألفا بروتون بالأشعة السينية. هذه أداة لا غنى عنها لسكين الجيش السويسري لعالم الفضاء. أصبحت مطياف APXS أداة مشتركة في جميع مهام Mars Rover و Philae هي نسخة مطورة من Mars Pathfinder. إن إرث تصميم APXS هو التجارب المبكرة التي قام بها إرنست رذرفورد وآخرون والتي أدت إلى اكتشاف بنية الذرة والطبيعة الكمية للضوء والمادة.
يحتوي هذا الجهاز على مصدر صغير لانبعاث جسيمات ألفا (كوريوم 244) ضروري لتشغيله. تُستخدم مبادئ تشتت رذرفورد الخلفي لجسيمات ألفا للكشف عن وجود عناصر أخف مثل الهيدروجين أو البريليوم (تلك القريبة من جسيم ألفا في الكتلة ، نواة هيليوم). سوف تمتص كتلة هذه الجسيمات الأخف وزنا كمية قابلة للقياس من الطاقة من جسيم ألفا أثناء التصادم المرن ؛ كما يحدث في تشتت رذرفورد بالقرب من 180 درجة. ومع ذلك ، يتم امتصاص بعض جزيئات ألفا بدلاً من عكسها بواسطة نوى المادة. يؤدي امتصاص جسيم ألفا إلى انبعاث بروتون بطاقة حركية قابلة للقياس وهي أيضًا فريدة من نوعها للجسيم العنصري الذي أتت منه (في المادة المصاحبة) ؛ يستخدم هذا للكشف عن العناصر الأثقل مثل المغنيسيوم أو الكبريت. أخيرًا ، يمكن طرد إلكترونات القشرة الداخلية في المادة محل الاهتمام بواسطة جسيمات ألفا. عندما تحل الإلكترونات من الأصداف الخارجية محل هذه الإلكترونات المفقودة ، فإنها تصدر أشعة سينية ذات طاقة محددة (كم) فريدة من نوعها لهذا الجسيم الأولي ؛ وبالتالي ، يمكن الكشف عن العناصر الأثقل مثل الحديد أو النيكل. APXS هو تجسيد لفيزياء الجسيمات في أوائل القرن العشرين.
CONSERT. تجربة السبر نواة COmet عن طريق انتقال الموجات اللاسلكية، كما يوحي الاسم ، سينقل موجات الراديو إلى نواة المذنب. يرسل المسبار روزيتا موجات راديو 90 ميجا هرتز وفي نفس الوقت تقف فيلة على السطح لاستقبالها مع وجود المذنب بينهما. وبالتالي ، فإن وقت السفر عبر المذنب والطاقة المتبقية من موجات الراديو هو توقيع على المادة التي تنتشر من خلالها. سيتطلب الأمر العديد من عمليات الإرسال والاستقبال الراديوية بواسطة CONSERT من خلال العديد من الزوايا لتحديد البنية الداخلية للمذنب. إنها تشبه كيف يمكن للمرء أن يشعر بشيء جسم غامض يقف أمامك من خلال تحريك رأسه إلى اليسار واليمين لمشاهدة كيفية تغير الصورة الظلية ؛ يدرك دماغك تمامًا شكل الجسم. مع بيانات CONSERT ، من الضروري إجراء عملية معقدة لفك الارتباط باستخدام أجهزة الكمبيوتر. تتحسن الدقة التي يُعرف بها الجزء الداخلي من المذنب بمزيد من القياسات.
موبوس. جهاز استشعار متعدد الأغراض لعلوم السطح والطبقات السطحية عبارة عن مجموعة من أجهزة الكشف لقياس توازن الطاقة والخصائص الحرارية والميكانيكية لسطح المذنب وتحت سطحه حتى عمق 30 سم (قدم واحد). هناك ثلاثة أجزاء رئيسية لـ MUPUS. يوجد القلم الذي هو أنبوب الاختراق. يتم تثبيت القلم على ذراع مطرقة يمتد حتى 1.2 متر من الجسم. يتم نشره بقوة هابطة كافية لاختراق ودفن PEN تحت السطح ؛ ممكن ضربات مطرقة متعددة. على طرف ، أو مرساة ، PEN (أنبوب الاختراق) هو مقياس التسارع ومعيار PT100 (مقياس درجة حرارة المقاومة البلاتينية). معا ، سوف أجهزة استشعار المرساةتحديد ملامح الصلابة في موقع الهبوط والانتشار الحراري في العمق النهائي [المرجع]. عندما يخترق الأسطح ، يشير التباطؤ أكثر أو أقل إلى مادة أكثر صلابة أو ليونة. يتضمن PEN مجموعة من 16 كاشفًا حراريًا على طوله لقياس درجات الحرارة تحت سطح الأرض والتوصيل الحراري. تحتوي PEN أيضًا على مصدر حرارة لنقل الحرارة إلى المواد المذابة وقياس دينامياتها الحرارية. مع إيقاف تشغيل مصدر الحرارة ، ستراقب أجهزة الكشف في PEN درجة حرارة المذنب وتوازن طاقته عند اقترابه من الشمس وتسخنها. الجزء الثاني هو MUPUS TM ، وهو مقياس إشعاع فوق PEN والذي سيقيس الديناميكيات الحرارية للسطح. يتكون TM من أربعة مستشعرات حرارية مع مرشحات بصرية لتغطية مدى الطول الموجي من 6-25 ميكرومتر.
SD2 سيخترق جهاز الحفر والتوزيع النموذجي السطح والسطح إلى عمق 20 سم. سيكون حجم كل عينة مسترجعة بضعة مليمترات مكعبة الحجم ويتم توزيعها على 26 فرنًا مثبتة على رف دائري. تقوم الأفران بتسخين العينة مما ينتج غازًا يتم توصيله إلى كروماتوجراف الغاز ومقاييس الطيف الكتلي COSAC و PTOLEMY. سيتم استخدام ملاحظات وتحليل بيانات APXS و ROLIS لتحديد مواقع أخذ العينات التي ستكون جميعها في "دائرة عمل" من دوران جسم Philae حول محوره Z.
COSAC أخذ العينات وتركيبها تجربة. أول جهاز كروماتوجراف غاز (GC) رأيته كان في مختبر الكلية وكان يستخدمه مدير المختبر في اختبارات الطب الشرعي التي تدعم قسم الشرطة المحلي. القصد من Philae ليس أقل من إجراء اختبارات الطب الشرعي على مذنب على بعد مئات الملايين من الأميال من الأرض. إن Philae هي فعليًا زجاج تجسس Sherlock Holmes و Sherlock هو جميع الباحثين الذين عادوا إلى الأرض. يتضمن جهاز كروماتوجراف الغاز COSAC مقياس طيف الكتلة وسيقيس كميات العناصر والجزيئات ، وخاصة الجزيئات العضوية المعقدة ، التي تشكل مادة المذنب. في حين أن المختبر الأول الذي رأيته GC كان أقرب إلى حجم Philae ، فإن GCs في Philae حول حجم صناديق الأحذية.
بطليموس. محلل الغاز المتطور [المرجع] ، وهو نوع مختلف من كروماتوجراف الغاز. الغرض من بطليموس هو قياس كميات نظائر معينة لاشتقاق النسب النظيرية ، على سبيل المثال ، جزئين نظائر C12 إلى جزء واحد C13. بحكم التعريف ، تحتوي نظائر العنصر على نفس عدد البروتونات ولكن بأعداد مختلفة من النيوترونات في نواتها. أحد الأمثلة على ذلك النظائر الثلاثة من الكربون ، C12 ، C13 و C14 ؛ الأرقام هي عدد النيوترونات. بعض النظائر مستقرة بينما البعض الآخر يمكن أن يكون غير مستقر - مشعًا ويتحلل إلى أشكال مستقرة للعنصر نفسه أو إلى عناصر أخرى. ما يهم محققي بطليموس هو نسبة النظائر المستقرة (الطبيعية وليس تلك التي تتأثر ، أو الناتجة عن التحلل الإشعاعي) للعناصر H و C و N و O و S ، ولكن بشكل خاص الكربون. ستكون النسب مؤشِّرات منبثقة عن مكان وكيفية إنشاء المذنبات. حتى الآن ، كانت القياسات الطيفية للمذنبات لتحديد النسب النظائرية من مسافة بعيدة وكانت الدقة غير كافية لاستخلاص استنتاجات ثابتة حول أصل المذنبات وكيف ترتبط المذنبات بإنشاء الكواكب وتطور السديم الشمسي ، مسقط رأس نظامنا الكوكبي المحيط بالشمس ، نجمنا. سوف يسخن محلل الغاز المتطور عينة (~ 1000 درجة مئوية) لتحويل المواد إلى حالة غازية يمكن لمطياف قياس الكميات بدقة عالية. أداة مماثلة ، TEGA (محلل غاز متطور حراري) كان أداة على مركبة Mars Mars Phoenix.
السمسم تجربة السبر الكهربائي السطحي والرصد الصوتيتتضمن هذه الأداة ثلاثة مكشافات فريدة. الأول هو SESAME / CASSE ، كاشف الصوت. يحتوي كل قدم لهبوط فيلة على بواعث مستقبلات صوتية وأجهزة استقبال. يتناوب كل من الساقين على إرسال الموجات الصوتية (100 هيرتز إلى نطاق كيلو هرتز) في المذنب الذي ستقيسه مستشعرات الأرجل الأخرى. كيفية تخفيف تلك الموجة ، أي إضعافها وتحويلها ، بواسطة المادة المذرية التي تمر عبرها ، يمكن استخدامها جنبًا إلى جنب مع الخصائص المذوقية الأخرى المكتسبة من أدوات Philae ، لتحديد الاختلافات اليومية والموسمية في بنية المذنب إلى عمق حوالي 2 أمتار. أيضا ، في وضع (الاستماع) السلبي ، ستراقب CASSE الموجات الصوتية من الصرير ، الآهات داخل المذنب التي قد تكون ناجمة عن الضغوط الناتجة عن التسخين الشمسي وغازات التهوية.
التالي هو كاشف SESAME / PP - مسبار السماحية. السماحية هي مقياس مقاومة مادة ما للمجالات الكهربائية. سيقدم SESAME / PP مجالًا كهربائيًا متذبذبًا (موجة جيبية) إلى المذنب. تحمل أقدام فيلة المستقبِلات - أقطاب كهربائية ومولدات جيبية كهربائية تنبعث منها المجال الكهربائي. وبالتالي يتم قياس مقاومة المادة المذنبات إلى عمق 2 متر تقريبًا مما يوفر خاصية أساسية أخرى للمذنب - السماحية.
الكاشف الثالث يسمى SESAME / DIM. هذا هو عداد غبار المذنب. كانت هناك العديد من المراجع المستخدمة لتجميع هذه الأوصاف. بالنسبة لهذا الصك ، هناك ما أسميه ، وصف جميل سأستشهد به هنا ببساطة مع الإشارة إليه. "إن مكعب مراقبة تأثير الغبار (DIM) أعلى شرفة Lander عبارة عن مستشعر للغبار مع ثلاثة مستشعرات بيزو متعامدة (50 × 16) مم. من قياس جهد الذروة العابر ونصف مدة التلامس ، يمكن حساب سرعات وجذر نصف القطر المؤثر على جزيئات الغبار. يمكن قياس الجسيمات ذات نصف القطر من حوالي 0.5 ميكرومتر إلى 3 مم وسرعات من 0.025-0.25 م / ث. إذا كانت ضوضاء الخلفية عالية جدًا ، أو كان معدل و / أو اتساع إشارة الرشقة مرتفعًا جدًا ، يتحول النظام تلقائيًا إلى ما يسمى بالوضع المتوسط المستمر ؛ أي أنه سيتم الحصول على متوسط الإشارة فقط ، مع إعطاء قياس لتدفق الغبار. " [المرجع]
ROMAP روزيتا لاندير المغنطيسية والبلازما يحتوي الكاشف أيضًا على كاشف ثالث ، مستشعر ضغط. طارت العديد من المركبات الفضائية بواسطة المذنبات ولم يتم اكتشاف مجال مغناطيسي جوهري ، تم إنشاؤه بواسطة نواة المذنب (الجسم الرئيسي). في حالة وجود مجال مغناطيسي جوهري ، فمن المحتمل أن يكون ضعيفًا جدًا وسيكون الهبوط على السطح ضروريًا. العثور على واحد سيكون استثنائياً وسيحول النظريات المتعلقة بالمذنبات على رؤوسهم. منخفضة وها فيلة لديها مقياس المغناطيسية fluxgate.
يُقاس المجال المغناطيسي للأرض (B) المحيط بنا بعشرة آلاف من نانو تيسلاس (وحدة SI ، مليار من تسلا). ما وراء حقل الأرض ، فإن الكواكب والكويكبات والمذنبات كلها مغمورة في المجال المغناطيسي للشمس ، والذي يقاس بالقرب من الأرض بأرقام فردية ، من 5 إلى 10 نانو تيسلا. يحتوي كاشف فيلة على مدى +/- 2000 nanoTesla ؛ فقط في نطاق الحالة ولكن واحد يقدمه المتدفقات بسهولة. لديه حساسية 1/100 من nanoTesla. لذلك ، جاءت وكالة الفضاء الأوروبية وروزيتا على استعداد. يمكن للمقياس المغناطيسي اكتشاف مجال دقيق جدًا إذا كان موجودًا. لنفكر الآن في كاشف البلازما.
ينطوي الكثير من ديناميكيات الكون على تفاعل الغازات المتأينة بالبلازما (التي تفتقد عمومًا إلكترونًا واحدًا أو أكثر وبالتالي تحمل شحنة كهربائية إيجابية) مع المجالات المغناطيسية. تتضمن المذنبات أيضًا مثل هذه التفاعلات وتحمل فيلة كاشف بلازما لقياس طاقة وكثافة واتجاه الإلكترونات والأيونات الموجبة الشحنة. تطلق المذنبات النشطة بشكل أساسي غازًا محايدًا في الفضاء بالإضافة إلى جزيئات صلبة (غبار) صغيرة. تأين الأشعة فوق البنفسجية للشمس جزئياً غاز المذنب من ذيل المذنب ، أي أنه يخلق البلازما. على مسافة معينة من نواة المذنب اعتمادًا على مدى سخونة وكثافة البلازما ، هناك مواجهة بين المجال المغناطيسي للشمس وبلازما الذيل. يتدرج حقل Sun's B حول ذيل المذنب مثل ورقة بيضاء ملفوفة فوق خدعة هالوين أو أكبر ، ولكن بدون ثقوب في العين.
إذاً على سطح P67 ، فإن كاشف ROMAP / SPM من Philae ، والمحللين الإلكتروستاتيكيين ، ومستشعر كأس فاراداي ، سيقيسون الإلكترونات والأيونات الحرة في الفضاء غير الفارغ. تحيط البلازما "الباردة" بالمذنب. سوف يكتشف SPM الطاقة الحركية الأيونية في نطاق 40 إلى 8000 إلكترون فولت (eV) والإلكترونات من 0.35 eV إلى 4200 eV. أخيرًا وليس آخرًا ، يتضمن ROMAP مستشعر ضغط يمكنه قياس الضغط المنخفض جدًا - مليون أو مليار أو أقل من ضغط الهواء الذي نتمتع به على الأرض. يتم استخدام مقياس Penning Vacuum الذي يؤين الغاز المحايد بشكل أساسي بالقرب من السطح ويقيس التيار المتولد.
ستحمل فيلة 10 مجموعات أجهزة إلى سطح 67P / Churyumov-Gerasimenko ، لكن العشرة تمثل تمامًا 15 نوعًا مختلفًا من أجهزة الكشف. بعضها مترابط ، أي من أجل اشتقاق خصائص معينة ، يحتاج المرء إلى مجموعات بيانات متعددة. إن هبوط فيلة على سطح المذنب سيوفر الوسائل لقياس العديد من خصائص المذنب للمرة الأولى وغيرها بدقة أعلى بكثير. سيقترب العلماء تمامًا من فهم أصول المذنبات ومساهمتها في تطور النظام الشمسي.
