Rosetta

Misia Rosetta, ktorá odštartovala 2.3.2004 je určená k dlhodobému výskumu kométy 67/Churyumov-Gerasimenko. Pozostáva z dvoch základných častí-orbitánej časti a miniatúrneho pristávacieho modulu. Behom desiatich rokov, keď bude sonda synchronizovať svoju obežnú dráhu s dráhou cieľovej kométy dôjde k stretnutiu s asteroidom Lutetia a Steins.

Konštrukcia

Sonda je kváder s hmotnosťou 1200kg a má rozmery 2.8×2.1×2.0m. Na protiľahlých krídlach sú umiestnené dve krídla obdĺžnikových fotovoltaických článkov s plochou 2x32m s rozpätím 32m.

Stanica pozostáva z dvoch základných modulov.

Nosný modul užitočného zaťaženia PSM v hornej časti nesie vedecké vybavenie a mechanizmus dvoch vyklápacích tyčí.

Na nosnom module BSM, ktorý je umiestnený na spodnej časti, sú zachytené subsystémové sondy. na jenom boku je namontovaná natáčacia vysokozisková anténa a z druhej strany je upevnený pristávací aparát.

Panel s vedeckými prístrojmi je na hornej podstave a má byť neustále zameraný na kométu a slnečné batérie sú natočené, pochopiteľne, k slnku. Radiátory a žalúzie sú namontované na zadnom a bočných paneloch, ktoré sú odvrátené od slnka a kométy. Aby bola udržaná minimálne požadovaná teplota prístrojov vo veľkých vzdialenostiach od Slnka, je sonda vybavená sadou zatepľovacích elementov. V strede telesa je vertikálna valcová šachta motorového úseku s priemerom 1.194m vyrobená z hliníku a vystužená prstencami.

Motor je vybavený dvoma nádržami paliva s objemom 1106 litrov a hmotnosťou 660kg a jednou nádržou okysličovadla s hmotnosťou 1060kg. Štartovacia hmotnosť sondy vrátane paliva dosahuje 2900kg. K motorovej jednotke tiež patrí 35-litrová nádrž so stlačeným plynom.

Sonda je stabilizovaná v troch osách, orientácia je udržovaná 24 motorčekmi s ťahom 10N. K riadeniu polohy patria tiež dva hviezdne snímače, slnečný senzor, navigačné kamery a tri laserové gyroskopy. Slnečné články na báze Si a GaAs produkujú 400W vo vzdialenosti 5.2Au od slnka a 850W vo vzdialenosti 3.4Au, v ktorej má začať vedecký program misie. Fotovoltaické batérie dobíjajú štyri NiCd akumulátorové batérie s kapacitou 10Ah. Elektrický systém používa základné napätie 28V. Komunikácia so Zemou sa deje prostredníctvom otočnej vysokoziskovej antény s priemerom 2.2m, pevnej antény 0.8m so stredným ziskom a dvoch všesmerových antén. Povely pre sondu budú prenášané v pásme S a v opačnom smeru vysielané v pásmach S a X rýchlosťou 5-20kbit/s. Komunikačný systém používa jeden 28W vysielač v pásme X a duálny 5W vysielač v pásme S/X.

Vedecké vybavenie

Na orbitálnej časti sondy sa nachádzajú tieto prístroje a sú uskutočňované tieto experimenty: - analýza plynov v kóme a chvoste kométy pomocou ultrafialového zobrazovacieho spektrometra ALICE - experiment zisťujúci vnútornú stavbu jadra kométy - hmotový analyzátor iontov COSIMA určený na rozbor prachových čiastočiek okolo kométy - meranie hmotnosti, momentu a smeru pohybu prachových čiastočiek GIADA - meranie veľkosti a tvaru prachových častí MIDAS - meranie povrchovej teploty asteroidov a kométy MIRO - širokouhlá a úzkouhlá kamera OSIRIS určená na snímanie asteroidov a kometárneho jadra - spektrometer neutrálnych častíc a iontov ROSINA - meranie hmotnosti, hustoty a gravitačného poľa jadra na základe posunu frekv. rádiového signálu RSI - spektrometer vo viditeľnom a infračervenom obore VIRTIS - plynový chromatograf a hmotový spektrometer MODULUS/Berenice - súbor prístrojov na sledovanie plazmového prostredia okolo kométy RPC

Experimenty a výsledky

Kamerový systém OSIRIS

OSIRIS má hmotnosť 23.1kg a príkon 32.4W a predstavuje primárny zobrazovací systém sondy Rosetta. Hlavnou úlohou prístrojov je určenie objemu, hustoty, rotácie, topografie, zachytenie povrchových detailov, farby a mineralógie jadra. Ďalej ma pomáhať v analýze krátkodobých zmien, úbytku hmoty, výtryskov plynov a prachu, povrchových difúznych procesov, negravitačných síl, aktívnych oblastí na povrchu, pátrať po vhodných miestach na pristátie, po gravitačne viazanom materiále, relatívne veľkých telesách na obežnej dráhe a študovať prachové a plynné prostredie, zdroje prachových emisií a ich zmien v čase. Má skúmať optické a fyzikálne vlastnosti prachu, rozloženie veľkosti prachových častíc, pohyby oblakov prachu, priestory sústredenia prachu a optické vlastnosti prašného prostredia tesne pri povrchu, zmeny prachového prostredia na nočnej strane, tepelné efekty a rozloženej dcérskych a materských molekúl. OSIRIS pozostáva z dvoch kamier: širokouhlá WAC a úzkouhlá NAC.

Zvláštna sada optiky existuje pre infračervenú oblasť, svetlo je do nej navádzané odklonením z NAC. Prichádzajúce slnečné paprsky prechádzajú karuselom filtrov a vstupujú do detektoru chladeného na 130K pasívnym radiátorom. Karuselový systém je podobný ako na kamere WAC a NAC, je len prispôsobený pre prácu pri nízkych teplotách a medzi inými obsahuje filtre vhodné pre detekciu vody a oxidu uhličitého. Obraz je zachytávaný v chladenom detektore s rozmermi 640×480 pixelov z teluridu ortuti a kadmia.

Spektrometer pre viditeľný a infračervený obor VIRTIS

VIRTIS s hmotnosťou 23kg je určený predovšetkým na štúdium kometárneho jadra a prostredia na ňom, na stanovenie pôvodu pevných častíc na povrchu, na identifikáciu jednotlivých plynov, má za úlohu charakterizovať fyzikálne podmienky v kóme a merať teplotu jadra. Ďalej má byť využitý ako pomocný nástroj pri výbere miest pristátia a ako podpora ďalším vedeckým prístrojom a konečne má byť využitý behom preletu okolo asteroidu.

Prístroj obsahuje dva kanály.

VIRTIS-M poskytuje zobrazenie v rozsahu vlnových dĺžok 0.25 až 5µm so stredným spektrálnym rozlíšením.

VIRTIS-H sa používa pre spektrálne rozlíšenie vo vlnových dĺžkach 2-5µm. VIRTIS je namontovaný na základnej prístrojovej doske. Je rozdelený do štyroch subsystémov- hlavného modulu elektroniky, napájania, dvoch modulov elektroniky pre každý kanál spektrometru a optického modulu, ktorý obsahuje vlastné spektrometre s optikou v chladiacom boxe. Dva kryogénové chladiče pracujúce so Stirlingovým obehom sa nachádzajú v sekcii namontované priamo na telese sondy a sú tepelne izolované od chladiaceho boxu. Kryogénové chladiče udržujú teplotu v boxe približne na úrovni 130K a vznikajúce teplo vyžarujú pomocou konštrukcie telesa sondy.

Ultrafialový zobrazovací spektrometer ALICE

ALICE s hmotnosťou 2.2kg a priemerným elektrickým príkonom 2.9W je zobrazovací spektrograf určený k spektroskopii vo vzdialenom ultrafialovom obore (0.07-0.205µm). Vedeckou úlohou prístroja je:

- určovanie obsahu vzácnych plynov v jadre, čo môže poskytnúť informácie o teplotách, pri ktorom sa jadro formovalo a o tepelnej histórii kométy

- stanovenie množstva uvoľňovaných molekúl vody, oxidu uhoľnatého a uhličitého a ich priestorového rozloženia

- určiť atómovú bilanciu uhlíka, vodíka, kyslíka, dusíka a síry a tým aj profil prvkového zloženia plynných zložiek jadra

- študovať počiatočnú fázu aktivity kométy behom približovania k Slnku

- získať spektrálnu mapu jadra

- merať fotometrické vlastnosti a pomery ľadovo-prachových častíc

- mapovať časové zmeny emisných iontov kyslíka, dusíka, síry a uhlíka v kóme a iontovom chvoste ALICE je skrinka s rozmermi 326x146x90mm namontovaná na prístrojovej doske Rosetty. Svetlo prechádza vstupnou apertúrou, ktorá je súosá s kamerou a infračerveným spektrometrom a obsahuje clony majúcu za úlohu tieniť parazitné svetelné paprsky a chrániť hlavné zrkadlo pred malými časticami. Svetlo je sústredené pomocou parabolického zrkadla 40x40mm do vstupnej štrbiny. Paprsok vstupuje do trubice detektoru a dopadá na eliptickú difrakčnú mriežku. Zrkadlo a mriežka sú pokryté naparenou vrstvou SiC, aby bola zlepšená odrazivosť. Mriežka rozptýli paprsok na doskový detektor s rozmermi 512×32 pixelov, ktorý obsahuje vedľa seba fotokatódy z bromidu draselného (0.07-1.5µm) a jodidu cézia (1.5-2.05µm). Aktívna oblasť má rozmer 35x20mm. Zorné pole detektoru je 0.1×6.0° a priestorové rozlíšenie 0.1×0.6°.

Mikrovlnný spektrometer MIRO

MIRO je spektrometer navrhnutý na nasledujúce vedecké úlohy:

- meranie absolútnej početnosti hlavných plynných prvkov - zisťovanie pomerov základných izotopov - kvatnifikovanie množstva plynov unikajúcich z povrchu - meranie podpovrchovej teploty jadra a kinetickej rýchlosti - meranie podpovrchovej teploty asteroidov - pátranie po stopách plynov v okolí asteroidov

Rádiová sondáž kometárneho jadra CONSERT

Prístroj je navrhnutý na sledovanie vnútornej štruktúry jadra kométy prostredníctvom rádiových impulzov prechádzajúcich telesom kométy. Experiment má dve aparatúry- jednu na orbitálnej časti a druhú na pristávacom aparáte. Úlohou je štúdium permitivity jadra a identifikácia elektrických vlastností, rozlíšenie rôznych skupín materiálu jadra. Meria sa pohlcovanie rádiových vĺn, zisťujú sa nehomogenity, malé štruktúry a vnútorné hranice rôznych materiálov.

CONSERT tvorí vysielač na orbitálnej časti a dve kolmé dipólové antény, ktoré vysielajú kódovaný rádiový signál 90 MHz s kruhovou polarizáciou v pulzoch trvajúcich 25.5µs s výkonom 2W s intervalom opakovania 200µs. Rádiové vlny prenikajú telesom kométy a sú zachytávané na pristávacom aparáte, kde sú digitalizované a komprimované. Po istom meškaní sú znovu odvysielané späť na orbiter novým pulzom s výkonom 0.2W a sú detegované v pásme 86-96 MHz. Čas jedného takého merania je menej ako 1s, pričom behom jedného obehu má byť prevedené asi 6000 takých meraní.

Anténa a základná konštrukcia je vyrobená z hliníka, sú umiestnené na nosníku z uhlíkových vláken. Behom štartu rakety je sústava antén zložená, rozkladá sa po oddelení sondy od nosiča. Anténa na pristávacom module je tvorená 4 drôtovými monopólmi, ktoré sa nachádzajú vo vzdialenosti menej ako 0.4m od povrchu.

Detektor prachu a drobných častíc GIADA

Prístroj je určený na štúdium prachu a malých pevných zrniek obklopujúcich kométu. Hlavnou úlohou je zisťovanie rozdelenia veľkosti prachových častíc, pomeru prachu a plynu okolo kométy, času vývoja prachového prostredia v závislosti na heliocentrickej vzdialenosti. Ďalej má sledovať množstvo prachu unikajúceho do priestoru a dynamické vlastnosti zrniek.

Je uložená v kockovej skrinke a tvorená tromi modulmi.

GIADA-3 je zostava miniatúrnych váh merajúcich hmotový tok prachu. GIADA-2 je hlavný elektronický subsystém. GIADA-1 obsahuje detekčný systém zŕn a senzor dopadov.

Hmotový analyzátor iontov COSIMA

Hlavné úlohy: - zistiť prvkové a izotopické zloženie hlavných častí pevných kometárnych čiastočiek - zistiť chemický stav častíc - detegovať prítomnosť organických zlúčením, ktoré nie sú viazané na kamennú fázu - preveriť molekulárne zloženie organických a anorganických zlúčenín v tuhých kometárnych časticiach

Získané údaje majú poslúžiť k vypracovaniu modelu vzniku a vývoja komét a slnečnej sústavy. Možná prítomnosť organických látok môže podporiť teóriu o kométach ako nosičoch pôvodného organického materiálu a iniciátoroch tvorby organických molekúl na pravekej Zemi.

COSIMA je tvorená zásobníkom na 25 vzoriek, ktoré môžu byť vystavené pôsobeniu kometárneho prachu a potom sú presunuté dovnútra prístroja. Vlastný prístroj je vybavený zdrojom iontov a iontovým hmotovým spektrometrom. Mikroskopická kamera preskúma vzorky a určí polohy prachových častíc. Zdroj iontov ožiari vzorky a indukované ionty zo vzoriek sú zavedené k analýze do spektrometra.

Zobrazovač prachových častíc MIDAS

Prístroj s hmotnosťou 8kg a priemernom elektrickom príkone 7.4W je navrhnutý pre zachytenie prachových častíc a ich následné 3D- zobrazenie v merítku nm pomocou atómového mikroskopu. Hlavnými úlohami sú získavanie obrazov jednotlivých častíc s priestorovým rozlíšením 4nm, statické vyhodnotenie veľkosti, objemu a tvaru, ďalej a má zisťovať rozdelenie veľkosti v rozsahu od asi 4nm do niekoľko µm, detailne skúmať topografie povrchu prachových zrniek. Konečným výsledkom má byť poznanie charakteru prachového okolia kométy vrátane priestorových a časových zmien.

Spektrometer neutrálnych častíc a iontov ROSINA

Hlavnou úlohou je stanovenie prvkového, molekulového a iontového zloženia atmosféry ionosféry komét a tiež teploty a celkovej rýchlosti plynov a iontov a reakcií plynov a iontov v prachovom obalu kométy. Prístroj pozostáva z troch snímačov- magnetického hmotového spektrometru s dvojitým ostrením, spektrometru s meraním prelietavajúcich častíc a neutrálneho a iontového dynamického monitoru.

Plynový chromatograf a hmotový spektrometer MODULUS/Berenice

Hlavnou úlohou experimentu je určenie izotopického zastúpenia hlavných zložiek kometárnej komy vrátane vody a oxidov uhoľnatého a uhličitého a minoritných a stopových zložiek ako napríklad metánu, čpavku, HCN a sledovanie izotopického vývoja. Podobný prístroj MODULUS/Ptolemy sa nachádza na pristávacom aparáte.

Prístroj má hmotnosť 3kg a priemerný elektrický príkon 5W a skladá sa zo zariadenia na odber vzoriek, plynového chromatografu, zásobného systému dopravného plynu, chemických vyhodnocovacích modulov, hmotového spektrometra, elektrického systému a procesoru. Hlavným cieľom je ale stanovenie pomeru izotopov kyslíka 18/16 a 17/16, uhlíka 13/12, dusíka 15/14 a deutéria.

Rádiové experimenty RSI

Rádiové experimenty využívajú už existujúce vysielače a prijímače na sonde. K určeniu hmotnosti a tvaru gravitačného poľa jadra kométy sa využije Dopplerov jav a sledovanie vzdialenosti od jadra. Sledovanie vlastnosti komy a morfológia jadra bude uskutočnené využitím priechodu rádiových signálov komou tesne nad povrchom pri zákrytoch. Povrch jadra sa má skúmať na základ odrazených signálov z hlavnej antény prijímaných na Zemi.

Súbor prístrojov pre štúdium plazmového prostredia RPC

Súbor je tvorený piatimi prístrojmi, ktoré sú určené k meraniu plazmového prostredia v okolí kométy. Sú to: - Langmuirova sonda LAP - detektor iontov IES - magnetometer MAG - inpendačná sonda - analyzátor zloženia iontov ICA.

Článok je uverejnený s láskavým zvolením p. Antonína Havlíčka. Preložila: Hana Kapolková