Khi đi du lịch đến những vùng đất xa xôi, một gói cẩn thận. Những gì bạn mang theo phải toàn diện nhưng không quá nhiều đến nỗi nó là một gánh nặng. Và một khi bạn đến nơi, bạn phải sẵn sàng làm một điều gì đó phi thường để làm cho cuộc hành trình dài trở nên đáng giá.
Bài viết trên Tạp chí Vũ trụ trước đây Làm thế nào để bạn hạ cánh trên một Sao chổi? mô tả kỹ thuật hạ cánh Philae xông trên sao chổi 67P / Churyumov-Gerasimenko. Nhưng tàu đổ bộ sẽ làm gì khi nó đến và ổn định trong môi trường xung quanh mới? Như Henry David Thoreau đã nói, không đáng để đi khắp thế giới để đếm những con mèo ở Zanzibar. Vì vậy, đó là với tàu đổ bộ Rosetta Philae. Với bộ sân khấu - một địa điểm hạ cánh được chọn và ngày hạ cánh vào ngày 11 tháng 11, tàu đổ bộ Philae được trang bị một bộ dụng cụ khoa học được suy nghĩ cẩn thận. Toàn diện và nhỏ gọn, Philae giống như một con dao công cụ của Quân đội Thụy Sĩ để thực hiện cuộc kiểm tra tại chỗ (tại chỗ) đầu tiên của một sao chổi.
Bây giờ, hãy xem xét các công cụ khoa học về Philae đã được chọn khoảng 15 năm trước. Giống như bất kỳ khách du lịch giỏi nào, ngân sách phải được thiết lập có chức năng như các ràng buộc đối với việc lựa chọn nhạc cụ có thể được đóng gói và mang theo trong suốt hành trình. Có trọng lượng tối đa, khối lượng tối đa và sức mạnh. Khối lượng cuối cùng của Philae là 100 kg (220 lbs). Thể tích của nó là 1 × 1 × 0,8 mét (3,3 × 3,3 × 2,6 ft) về kích thước của một lò đốt bốn lò. Tuy nhiên, Philae phải hoạt động với một lượng nhỏ năng lượng được lưu trữ khi đến: 1000 watt-Giờ (tương đương với bóng đèn 100 watt chạy trong 10 giờ). Khi nguồn điện đó bị cạn kiệt, nó sẽ tạo ra tối đa 8 watt điện từ các tấm pin mặt trời sẽ được lưu trữ trong pin 130 watt-Hour.
Không có bất kỳ sự đảm bảo nào rằng chúng sẽ hạ cánh một cách tình cờ và tạo ra nhiều năng lượng hơn, các nhà thiết kế Philae đã cung cấp một pin dung lượng cao được sạc, chỉ một lần duy nhất, bởi các mảng năng lượng mặt trời của tàu vũ trụ chính (64 mét vuông) trước khi xuống sao chổi. Với trình tự lệnh khoa học ban đầu trên tàu Philae và năng lượng pin được lưu trữ từ Rosetta, Philae sẽ không lãng phí bất kỳ thời gian nào để bắt đầu phân tích - không giống như phân tích pháp y - để thực hiện một cuộc mổ xẻ sao chổi của sao chổi. Sau đó, họ sử dụng pin nhỏ hơn sẽ mất ít nhất 16 giờ để sạc lại nhưng sẽ cho phép Philae nghiên cứu 67P / Churyumov-Gerasimenko trong nhiều tháng.
Có 10 gói dụng cụ khoa học trên tàu đổ bộ Philae. Các thiết bị sử dụng ánh sáng hấp thụ, tán xạ và phát ra, độ dẫn điện, từ tính, nhiệt và thậm chí âm học để phân tích các tính chất của sao chổi. Những tính chất này bao gồm cấu trúc bề mặt (hình thái và cấu trúc hóa học của vật liệu bề mặt), cấu trúc bên trong của P67, và từ trường và plasma (khí ion hóa) phía trên bề mặt. Ngoài ra, Philae có một cánh tay cho một nhạc cụ và cơ thể chính Philae có thể xoay 360 độ quanh trục Z của nó. Bài đăng hỗ trợ Philae và bao gồm một bộ giảm chấn tác động.
CIVA và ROLIS hệ thống hình ảnh. CIVA đại diện cho ba máy ảnh chia sẻ một số phần cứng với ROLIS. CIVA-P (Panoramic) là bảy máy ảnh giống hệt nhau, được phân phối xung quanh thân máy Philae nhưng có hai chức năng song song cho hình ảnh âm thanh nổi. Mỗi máy có góc nhìn 60 độ và sử dụng như máy dò CCD 1024 × 1024. Như hầu hết mọi người có thể nhớ lại, máy ảnh kỹ thuật số đã phát triển nhanh chóng trong 15 năm qua. Các nhà tưởng tượng Philae, được thiết kế vào cuối những năm 1990, gần với công nghệ hiện đại, nhưng ngày nay chúng đã bị vượt qua, ít nhất là về số lượng pixel, bởi hầu hết các điện thoại thông minh. Tuy nhiên, bên cạnh phần cứng, xử lý hình ảnh trong phần mềm cũng đã tiến bộ và hình ảnh có thể được tăng cường để tăng gấp đôi độ phân giải của chúng.
CIVA-P sẽ có nhiệm vụ ngay lập tức, như là một phần của chuỗi lệnh tự trị ban đầu, khảo sát địa điểm hạ cánh hoàn chỉnh. Nó là rất quan trọng để triển khai các công cụ khác. Nó cũng sẽ sử dụng vòng xoay trục Z của cơ thể Philae để khảo sát. CIVA-M / V là thiết bị chụp ảnh 3 màu siêu nhỏ (độ phân giải 7 micron) và CIVA-M / I là máy quang phổ hồng ngoại gần (phạm vi bước sóng từ 1 đến 4 micron) sẽ kiểm tra từng mẫu được phân phối lò nướng COSAC & PTOLEMY trước khi các mẫu được làm nóng.
ROLIS là một camera đơn, cũng với đầu dò CCD 1024 × 1024, với vai trò chính là khảo sát vị trí hạ cánh trong giai đoạn gốc. Máy ảnh được cố định và hướng xuống dưới với ống kính có thể điều chỉnh tiêu cự f / 5 (tỷ lệ f) với trường nhìn 57 độ. Trong quá trình hạ xuống, nó được đặt thành vô cực và sẽ chụp ảnh cứ sau 5 giây. Thiết bị điện tử của nó sẽ nén dữ liệu để giảm thiểu tổng số dữ liệu phải được lưu trữ và truyền đến Rosetta. Lấy nét sẽ điều chỉnh ngay trước khi chạm xuống nhưng sau đó, camera hoạt động ở chế độ macro để khảo sát bằng quang phổ sao chổi ngay bên dưới Philae. Sự xoay vòng của cơ thể Philae sẽ tạo ra một vòng tròn làm việc của YouTube cho ROLIS.
Thiết kế đa vai trò của ROLIS cho thấy rõ cách các nhà khoa học và kỹ sư làm việc cùng nhau để giảm tổng trọng lượng, khối lượng và mức tiêu thụ năng lượng, và làm cho Philae có thể, cùng với Rosetta, phù hợp với giới hạn tải trọng của phương tiện phóng, giới hạn năng lượng của mặt trời tế bào và pin, hạn chế của hệ thống chỉ huy và dữ liệu và máy phát vô tuyến.
APXS. Đây là một Máy quang phổ kế tia X Alpha Proton. Đây là một nhạc cụ gần như phải có của nhà khoa học vũ trụ Swiss Swiss Knife. Máy quang phổ APXS đã trở thành vật cố định phổ biến trong tất cả các nhiệm vụ của Mars Rover và Philaeftime là phiên bản nâng cấp của Mars Pathfinderftime. Di sản của thiết kế APXS là những thí nghiệm ban đầu của Ernest Rutherford và những người khác dẫn đến việc khám phá cấu trúc của nguyên tử và bản chất lượng tử của ánh sáng và vật chất.
Thiết bị này có một nguồn phát xạ hạt Alpha nhỏ (Curium 244) cần thiết cho hoạt động của nó. Các nguyên tắc của sự phân tán ngược của các hạt Alpha được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các nguyên tố nhẹ hơn như Hydrogen hoặc Beryllium (những hạt gần với hạt Alpha có khối lượng, hạt nhân Helium). Khối lượng của các hạt nguyên tố nhẹ hơn như vậy sẽ hấp thụ một lượng năng lượng có thể đo được từ hạt Alpha trong một va chạm đàn hồi; như xảy ra ở Rutherford tán xạ ngược gần 180 độ. Tuy nhiên, một số hạt Alpha được hấp thụ chứ không bị phản xạ bởi hạt nhân của vật liệu. Sự hấp thụ của hạt Alpha gây ra sự phát xạ của một proton có động năng có thể đo được, cũng là duy nhất đối với hạt nguyên tố mà nó xuất hiện (trong vật liệu sao chổi); nó được sử dụng để phát hiện các nguyên tố nặng hơn như magiê hoặc lưu huỳnh. Cuối cùng, các electron lớp vỏ bên trong trong vật liệu quan tâm có thể bị trục xuất bởi các hạt Alpha. Khi các electron từ lớp vỏ bên ngoài thay thế các electron bị mất này, chúng sẽ phát ra một tia X có năng lượng riêng (lượng tử) duy nhất cho hạt cơ bản đó; do đó, các nguyên tố nặng hơn như Sắt hoặc Niken có thể được phát hiện. APXS là hiện thân của Vật lý hạt đầu thế kỷ 20.
XÁC NHẬN. Thí nghiệm âm thanh hạt nhân COmet bằng cách truyền sóng vô tuyến, như tên cho thấy, sẽ truyền sóng vô tuyến vào hạt nhân sao chổi. Quỹ đạo Rosetta truyền sóng vô tuyến 90 MHz và đồng thời Philae đứng trên bề mặt để nhận với sao chổi nằm giữa chúng. Do đó, thời gian di chuyển qua sao chổi và năng lượng còn lại của sóng vô tuyến là một dấu hiệu của vật liệu mà nó truyền qua. Nhiều sự truyền và tiếp nhận vô tuyến của NGƯỜI CHỨNG MINH thông qua vô số góc độ sẽ được yêu cầu để xác định cấu trúc bên trong của sao chổi. Nó tương tự như cách người ta có thể cảm nhận được hình dạng của một vật thể bóng tối đang đứng trước mặt bạn bằng cách xoay một đầu đầu trái và phải để xem hình bóng thay đổi như thế nào; hoàn toàn bộ não của bạn nhận thức được hình dạng của vật thể. Với dữ liệu XÁC NHẬN, một quy trình giải mã phức tạp sử dụng máy tính là cần thiết. Độ chính xác mà nội thất sao chổi được biết là cải thiện với nhiều phép đo hơn.
PHẢI. Cảm biến đa mục đích cho khoa học bề mặt và dưới bề mặt là một bộ máy dò để đo sự cân bằng năng lượng, tính chất nhiệt và cơ học của bề mặt sao chổi và chìm xuống độ sâu 30 cm (1 feet). Có ba phần chính của MUPUS. Có PEN là ống xuyên thấu. PEN được gắn vào một cánh tay búa kéo dài đến 1,2 mét từ cơ thể. Nó triển khai với lực hướng xuống đủ để xâm nhập và chôn vùi PEN bên dưới bề mặt; nhiều nét búa là có thể. Ở đầu, hay mỏ neo của PEN (ống xuyên thấu) là gia tốc kế và PT100 tiêu chuẩn (Nhiệt kế điện trở bạch kim). Cùng với nhau, các cảm biến neo sẽxác định cấu hình độ cứng tại vị trí hạ cánh và độ khuếch tán nhiệt ở độ sâu cuối cùng [ref]. Khi nó xuyên qua các bề mặt, giảm tốc nhiều hay ít cho thấy vật liệu cứng hơn hoặc mềm hơn. PEN bao gồm một loạt 16 máy dò nhiệt dọc theo chiều dài của nó để đo nhiệt độ dưới bề mặt và độ dẫn nhiệt. PEN cũng có một nguồn nhiệt để truyền nhiệt cho vật liệu sao chổi và đo động lực nhiệt của nó. Khi tắt nguồn nhiệt, các máy dò trong PEN sẽ theo dõi sự cân bằng nhiệt độ và năng lượng của sao chổi khi nó đến gần Mặt trời và nóng lên. Phần thứ hai là MUPUS TM, một máy đo phóng xạ trên đỉnh PEN sẽ đo động lực học nhiệt của bề mặt. TM bao gồm bốn cảm biến nhiệt điện với các bộ lọc quang học để bao phủ phạm vi bước sóng từ 6-25.
SD2 Thiết bị phân phối và khoan mẫu sẽ thâm nhập vào bề mặt và chìm xuống độ sâu 20 cm. Mỗi mẫu được lấy sẽ có khối lượng vài milimet khối lượng và được phân phối cho 26 lò được gắn trên băng chuyền. Lò nướng làm nóng mẫu tạo ra khí được đưa đến máy sắc ký khí và máy quang phổ khối là COSAC và PTOLEMY. Các quan sát và phân tích dữ liệu APXS và ROLIS sẽ được sử dụng để xác định tất cả các vị trí lấy mẫu sẽ nằm trên một vòng tròn làm việc của Cameron từ vòng xoay của cơ thể Philae về trục Z của nó.
COSAC Lấy mẫu và thành phần sao chổi thí nghiệm. Máy sắc ký khí đầu tiên (GC) mà tôi nhìn thấy là trong một phòng thí nghiệm đại học và đang được người quản lý phòng thí nghiệm sử dụng để kiểm tra pháp y hỗ trợ cho sở cảnh sát địa phương. Mục đích của Philae là gì khác hơn là để thực hiện các xét nghiệm pháp y trên một sao chổi trăm triệu dặm từ Trái đất. Philae thực sự là kính gián điệp Sherlock Holmes, và Sherlock là tất cả các nhà nghiên cứu trở lại Trái đất. Máy sắc ký khí COSAC bao gồm máy quang phổ khối và sẽ đo số lượng các nguyên tố và phân tử, đặc biệt là các phân tử hữu cơ phức tạp, tạo thành vật liệu sao chổi. Trong khi phòng thí nghiệm đầu tiên mà tôi thấy gần với kích thước của Philae, hai chiếc GC ở Philae có kích thước bằng hộp giày.
PTOLEMY. Máy phân tích khí tiến hóa [ref], một loại sắc ký khí khác. Mục đích của Ptolemy là đo số lượng đồng vị cụ thể để rút ra các tỷ lệ đồng vị, ví dụ, 2 phần đồng vị C12 đến một phần C13. Theo định nghĩa, các đồng vị của một nguyên tố có cùng số proton nhưng số nơtron khác nhau trong hạt nhân của chúng. Một ví dụ là 3 đồng vị của Carbon, C12, C13 và C14; các số là số nơtron. Một số đồng vị ổn định trong khi một số khác có thể không ổn định - phóng xạ và phân rã thành các dạng ổn định của cùng một nguyên tố hoặc thành các nguyên tố khác. Điều khiến các nhà điều tra Ptolemy quan tâm là tỷ lệ các đồng vị ổn định (tự nhiên và không bị ảnh hưởng bởi, hoặc do sự phân rã phóng xạ) đối với các nguyên tố H, C, N, O và S, đặc biệt là Carbon. Các tỷ lệ sẽ là các chỉ số thông báo về nơi và cách tạo ra sao chổi. Cho đến nay, các phép đo phổ của sao chổi để xác định tỷ lệ đồng vị đã có từ xa và độ chính xác là không đủ để đưa ra kết luận chắc chắn về nguồn gốc của sao chổi và cách sao chổi được liên kết với việc tạo ra các hành tinh và sự phát triển của Tinh vân Mặt trời, nơi sinh của hệ hành tinh của chúng ta xung quanh Mặt trời, ngôi sao của chúng ta. Máy phân tích khí tiến hóa sẽ làm nóng mẫu (~ 1000 C) để biến đổi vật liệu thành trạng thái khí mà máy quang phổ có thể đo chính xác các đại lượng. Một công cụ tương tự, TEGA (Máy phân tích khí tiến hóa nhiệt) là một công cụ trên tàu đổ bộ Mars Phoenix.
SESAME Thí nghiệm giám sát âm thanh và âm thanh bề mặtCông cụ này liên quan đến ba máy dò độc đáo. Đầu tiên là SESAME / CASSE, máy dò âm thanh. Mỗi chân hạ cánh của Philae đều có bộ phát và thu âm. Mỗi chân sẽ lần lượt truyền sóng âm (phạm vi 100 Hertz đến KiloHertz) vào sao chổi mà các cảm biến của các chân khác sẽ đo được. Làm thế nào mà sóng bị suy giảm, nghĩa là, bị suy yếu và biến đổi, bởi vật liệu sao chổi mà nó đi qua, có thể được sử dụng cùng với các đặc tính tiền tệ khác thu được từ các công cụ Philae, để xác định các biến đổi hàng ngày và theo mùa trong cấu trúc của sao chổi đến độ sâu khoảng 2 mét. Ngoài ra, ở chế độ thụ động (nghe), CASSE sẽ theo dõi các sóng âm thanh từ tiếng kêu, tiếng rên rỉ bên trong sao chổi có khả năng gây ra bởi các ứng suất từ hệ thống sưởi năng lượng mặt trời và thông hơi.
Tiếp theo là máy dò SESAME / PP - Đầu dò Permittivity. Permittivity là thước đo điện trở của vật liệu đối với điện trường. SESAME / PP sẽ cung cấp một điện trường dao động (sóng hình sin) vào sao chổi. Chân Philae sóng mang các máy thu - điện cực và máy phát điện xoay chiều để phát ra điện trường. Do đó, điện trở của vật liệu sao chổi ở độ sâu khoảng 2 mét được đo bằng cách cung cấp một tính chất thiết yếu khác của sao chổi - độ thấm.
Máy dò thứ ba được gọi là SESAME / DIM. Đây là máy đếm bụi sao chổi. Có một số tài liệu tham khảo được sử dụng để biên dịch các mô tả công cụ này. Đối với nhạc cụ này, có, những gì tôi sẽ gọi, một mô tả đẹp mà tôi sẽ chỉ trích dẫn ở đây với tài liệu tham khảo. Một khối cảm biến bụi (DIM) trên đỉnh ban công Lander là một cảm biến bụi với ba cảm biến piezo trực giao (50 × 16) mm. Từ phép đo điện áp cực đại thoáng qua và thời gian tiếp xúc một nửa, vận tốc và bán kính của các hạt bụi tác động có thể được tính toán. Các hạt có bán kính từ khoảng 0,5 sắt đến 3 mm và có thể đo được vận tốc từ 0,025 muối0,25 m / s. Nếu nhiễu nền rất cao hoặc tốc độ và / hoặc biên độ của tín hiệu xung quá cao, hệ thống sẽ tự động chuyển sang chế độ gọi là Chế độ trung bình liên tục; tức là chỉ thu được tín hiệu trung bình, đưa ra số đo của thông lượng bụi. [ref]
ROMAP Rosetta Lander Từ kế và Plasma máy dò cũng bao gồm máy dò thứ ba, cảm biến áp suất. Một số tàu vũ trụ đã bay bằng sao chổi và từ trường nội tại, một trong số đó được tạo ra bởi hạt nhân sao chổi (cơ thể chính) chưa bao giờ được phát hiện. Nếu một từ trường nội tại tồn tại, nó có khả năng rất yếu và việc hạ cánh trên bề mặt là cần thiết. Tìm kiếm một người sẽ là phi thường và sẽ biến các lý thuyết về sao chổi trên đầu họ. Thấp và kìa Philae có một từ kế fluxgate.
Trường từ tính (B) Trái đất xung quanh chúng ta được đo bằng 10 nghìn hàng nghìn nano-Teslas (đơn vị SI, một phần tỷ của một Tesla). Ngoài trường Trái đất, các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi đều được đắm mình trong từ trường của Mặt trời, gần Trái đất, được đo bằng một chữ số, 5 đến 10 nano-Tesla. Máy dò Philaeiên có phạm vi +/- 2000 nanoTesla; chỉ trong phạm vi trường hợp nhưng một trong những từ dễ dàng được cung cấp bởi fluxgates. Nó có độ nhạy bằng 1/100 của nanoTesla. Vì vậy, ESA và Rosetta đã chuẩn bị. Từ kế có thể phát hiện trường rất nhỏ nếu nó ở đó. Bây giờ hãy để Lọ xem xét máy dò Plasma.
Phần lớn các động lực của Vũ trụ liên quan đến sự tương tác của các khí ion hóa plasma (thường thiếu một hoặc nhiều electron do đó mang điện tích dương) với từ trường. Sao chổi cũng liên quan đến các tương tác như vậy và Philae mang theo máy dò plasma để đo năng lượng, mật độ và hướng của các electron và của các ion tích điện dương. Sao chổi hoạt động chủ yếu giải phóng một loại khí trung tính vào không gian cộng với các hạt rắn (bụi) nhỏ. Bức xạ tử ngoại Sun Sun làm ion hóa một phần khí sao chổi của đuôi sao chổi, nghĩa là tạo ra plasma. Ở một khoảng cách nào đó từ hạt nhân sao chổi tùy thuộc vào mức độ nóng và đậm đặc của plasma đó, có một điểm nổi bật giữa từ trường Sun Sun và plasma của đuôi. Cánh đồng Sun Sun B phủ xung quanh đuôi sao chổi giống như một tấm vải trắng treo trên một kẻ lừa hoặc người chơi Halloween nhưng không có lỗ mắt.
Vì vậy, tại bề mặt P67, bộ phát hiện ROMAP / SPM của Philae, máy phân tích tĩnh điện và cảm biến Faraday Cup sẽ đo các electron và ion tự do trong không gian trống rỗng. Một plasma plasma lạnh của Nhật Bản bao quanh sao chổi; SPM sẽ phát hiện động năng ion trong phạm vi từ 40 đến 8000 electron-volt (eV) và các electron từ 0,35 eV đến 4200 eV. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, ROMAP bao gồm một cảm biến áp suất có thể đo áp suất rất thấp - một phần triệu hoặc một phần tỷ hoặc ít hơn áp suất không khí chúng ta tận hưởng trên Trái đất. Máy đo chân không Penning được sử dụng để ion hóa khí trung tính chủ yếu gần bề mặt và đo dòng điện được tạo ra.
Philae sẽ mang 10 bộ dụng cụ lên bề mặt của 67P / Churyumov-Gerasimenko nhưng hoàn toàn mười bộ đại diện cho 15 loại máy dò khác nhau. Một số phụ thuộc lẫn nhau, nghĩa là, để có được các thuộc tính nhất định, người ta cần nhiều bộ dữ liệu. Hạ cánh Philae trên bề mặt sao chổi sẽ cung cấp phương tiện để đo nhiều thuộc tính của sao chổi trong thời gian nắm tay và các loại khác với độ chính xác cao hơn đáng kể. Nhìn chung, các nhà khoa học sẽ đến gần hơn để tìm hiểu nguồn gốc của sao chổi và đóng góp của chúng cho sự phát triển của Hệ Mặt trời.
