Philae na powierzchni komety 67P - wizualizacja / Credit: ESA/ATG medialabJuż w najbliższy poniedziałek, 25 sierpnia, opublikowana zostanie pierwsza lista potencjalnych miejsc-kandydatów do lądowania Philae, lądownika misji Rosetta. O ostatecznym wyborze decydować będzie wiele czynników, które pozwolą wypełnić procedurę lądowania.
Rosetta i lądujący Philae – wizja artystyczna / Credit: ESAJeśli wszystko przebiegnie bez zakłóceń, Philae osiądzie na powierzchni komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko w dniu szczególnie ważnym dla… Polaków – bowiem 11 listopada – w Święto Niepodległości.
Co więcej, kluczową rolę w kontaktowych badaniach komety odegra przyrząd MUPUS, częściowo skonstruowany w Polsce.
Proces wyboru dokładnego miejsca automatycznego lądowania Philae rozpoczął się już w lipcu br., Wtedy dotarły pierwsze, jeszcze niewyraźne zdjęcia komety 67P. W miarę napływu kolejnych fotografii, proces ten zyskał coraz bardziej zaawansowany wymiar. W najbliższy poniedziałek ESA ma wskazać wstępną listę potencjalnych miejsc lądowania, z których ostatecznie tylko jedno ma zostać wybrane.
Złożenie 36 zdjęć jądra komety 67P przedstawiających jej ruch obrotowy, 14 lipca 2014 / Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDAKto?
Za wybór odpowiedzialna jest Landing Site Selection Group (LSSG), czyli grupa selekcji miejsca lądowania. W jej skład wchodzą inżynierzy i naukowcy centrum naukowego, operacyjnego i nawigacyjnego Philae (CNES) i centrum kontroli lądownika (DLR), naukowcy reprezentujący poszczególne instrumenty lądownika, i członkowie zespołu misji Rosetta z ESA. Jak widać, grupę tworzą specjaliści z różnych dziedzin nauki i zajmujący się pracą i ruchem statków kosmicznych. Miejsce lądowania zostanie ostatecznie zatwierdzone formalną decyzją ESA.
Co?
W dużym uproszczeniu LSSG ma wybrać takie miejsce lądowania Philae, które spełniałoby warunki od strony zarówno technicznej – łatwy proces lądowania, jak i naukowej – ciekawe elementy badań naukowych.. Nietrudno zauważyć, że trudno będzie znaleźć złoty środek, a wybór będzie kompromisem między bezpieczeństwem i powodzeniem misji, a jej możliwymi osiągnięciami naukowymi.
Dlaczego teraz? 
Kometa 67P, sierpień 2014 / Credit: ESA/MPS/Rosetta
Wygląd i właściwości komety 67P nie były wcześniej znane – naukowcy nie wiedzieli nawet ona dokładnie wygląd. W takich warunkach, dokonanie wyboru miejsca lądowania lądownika było po prostu niemożliwe. Dopiero teraz, gdy sonda Rosetta jest w pobliżu jądra komety, można zebrać tyle informacji by podjąć decyzję o miejscu lądowania.
Naukowcy musieli określić kształt komety, prędkość obrotową, jej pole grawitacyjne, albedo (odbijalność światła), temperaturę powierzchni, i ukształtowanie powierzchni. Koniecznym jest także wyznaczenie tempa tworzenia się komy, gazowej otoczki komety, rozkładu jej gęstości i prędkości tworzących ją cząstek.
Lądownik musi opaść na kometę za nim aktywność jej jądra, rosnąca wraz ze zbliżaniem się komety do Słońca, zacznie zagrażać misji. Nie można jednak zrobić tego w najbliższym czasie, gdyż zbyt duża odległość od Słońca spowoduje, że ogniwa słoneczne Philae będą generowały za małą ilość energii elektrycznej. Odległość od Słońca decyduje też o temperaturze na powierzchni komety, a ta nie może być ani za wysoka ani za niska. Biorąc pod uwagę wspomniane czynniki, uznano, że optymalna do lądowania odległość 67P od Słońca powinna wynieść około 3 jednostek astronomicznych, czyli ok. 450 mln. km od niego. Kometa i sonda osiągną ją mniej więcej w połowie listopada.
W powyższych warunkach czas dla zarządzających misją na podjęcie wyboru nie jest zbyt długi – od 6 sierpnia – moment zbliżenia do komety – do połowy października, gdy trzeba będzie szykować sprzęt i rozpoczynać procedury przygotowawcze. Z tego względu między styczniem a majem 2014 roku ESA wypróbowała cały tryb wyboru lądowiska, pracując na symulowanych danych.
Pierwszorzędne znaczenie przy wyborze miejsca mają czynniki techniczne, jak parametry pracy i możliwości techniczne sondy Rosetta i lądownika Philae. Miejsce do lądowania powinno być odpowiednio oświetlone (generowanie energii słonecznej, łączność z sondą i z Ziemią), mieć odpowiednie nachylenie, a w trakcie opadania lądownik musi utrzymywać łączność z sondą. Istotną rolę odgrywać będzie też trajektoria lotu lądownika.
Ważnym czynnikiem jest także ukształtowanie terenu. Nie może być tam ani dużych wystających nierówności ani silnych zagłębień, a topografia powinna też odpowiadać warunkom pracy instrumentów naukowych. Eksperyment CONSERT polega, na przykład, na przesyłaniu fal radiowych między sondą a lądownikiem poprzez jądro komety.
Dopiero na dalszym planie brany jest potencjał naukowy związany z badaniem miejsca lądowania. Tutaj w wyb0rze miejsca pomogą instrumenty naukowe Rosetty.
Zdjęcia z kamer NAVCAM i OSIRIS pomogą określić kształt i scharakteryzować ruch obrotowy komety. Wspomogą też proces modelowania jądra, a przez to pomogą określić jego pole grawitacyjne.
Instrumenty MIRO i VIRTIS pozwolą zmierzyć temperaturę powierzchni komety, które to pomiary zostaną użyte do predykcji temperatury komety w najbliższych 3 miesiącach. Ciśnienie gazów w otoczeniu jądra komety zostanie wyznaczone na podstawie pomiarów z przyrządów MIRO, VIRTIS, ROSINA i ALICE. Pomoże to przewidzieć, w jakim środowisku przyjdzie pracować lądownikowi i sondzie. Również pozostałe przyrządy orbitera będą miały swój wkład w ocenie miejsc lądowania.
Instrumenty sondy Rosetta / Credit: ESA/ATG medialabWstępny wybór 10 miejsc-kandydatów został dokonany przez część grupy LSSG na spotkaniu 20 sierpnia, zaledwie dwa tygodnie po zbliżeniu się sondydo komety. Dla każdego z nich centrum kontroli lotu i centrum operacyjne lądownika wykonają szereg analiz, których wyniki zostaną przedstawione przed pełnym składem LSSG, w dniach 22-24 sierpnia. W poniedziałek 25 sierpnia powinny one zostać pokazane szerokiej publiczności.
Na wspomnianej serii spotkań członkowie LSSG dokonają przeglądu analiz i przedyskutują znaczenie naukowe miejsc-kandydatów. Eksperci zakończą spotkanie zawężając listę do najwyżej 5 miejsc, które zostaną zbadane jeszcze dokładniej.
Między 25 sierpnia a 13 września badaniem kandydatów zajmie się centrum operacyjne misji Rosetta w ESOC. Pracownicy centrum wykonają analizy dotyczące możliwości dostarczenia lądownika we wskazane miejsca i precyzji z jaką można tego dokonać. Wyniki tych badań mogą zdyskwalifikować niektóre z miejsc.
W tym samym czasie orbiter dokona dalszych obserwacji i badań proponowanych miejsc, niekiedy z odległości 50 kilometrów. Na podstawie zdjęć jądra komety stworzony zostanie jej model o rozdzielczości 3,6 metra na powierzchni i 0,5 metra w osi wysokości. Będzie on wykorzystany do symulowania widoczności jaką będą mogły osiągnąć kamery Philae, co również będzie brane pod uwagę w wyborze miejsca.
Na drugim spotkaniu LSSG, 13-14 września, omówione zostaną wszystkie do tej pory zebrane dane o miejscach-kandydatach. Przedyskutowane zostaną możliwe scenariusze lądowania i ich wpływ na badania naukowe, jakie będzie mógł przeprowadzić lądownik.
Na podstawie tego przeglądu tym miejscom, które nadal będą brane pod uwagę, zostanie przypisana ocena. Spośród nich zostanie wybrane jedno lądowisko główne. Możliwe też, że zostanie wskazane lądowisko zapasowe.
Lądownik Philae / Credit: ESA/ATG medialab
Lądownik Philae / Credit: ESA/ATG medialabOd 16 września do 11 października potrwa dalsze badanie miejsca lądowania, a także pierwsze przygotowania do tej operacji. W tym czasie odległość sondy od jądra komety będzie już na tyle bliska, by zastosować kamerę wąskokątną instrumentu OSIRIS, w celu uchwycenia rozkładu nierówności w głównym i zapasowym punkcie lądowania.
W dniu 12 października LSSG powinna zebrać się, aby podjąć ostateczną decyzję “go/no go” (lądować/nie lądować) o lądowaniu w głównym miejscu. Z uwagi jednak na dokładność manewrów na orbicie, faktyczne miejsce lądowania może nieco odbiegać od planowanego. W istocie, obszar lądowania będzie zawierać się w elipsie o długości nawet kilkuset metrów. Kierując się wyborem tego obszaru Grupa podejmie starania, aby zminimalizować ryzyko lądowania na terenie z dużą ilością nierówności lub gęsto pokrytym fragmentami skał. Przydatne będą tu zdjęcia z kamer OSIRIS.
Formalna decyzja o lądowaniu w wyznaczonym miejscu (głównym lub zapasowym, w zależności od oceny ryzyka) zostanie podjęta przez LSSG w dniu 14 października.
Od 13 października do 3 listopada centrum kontroli lotu i centrum operacyjne Philae będą prowadziły przygotowania do lądowania, związane z fazą odłączenia, schodzenia i lądowania (SDL – Separation, Descent and Landing) i pierwszą sekwencją naukową (FSS – First Scientific Sequence ).
Lądowanie
Sonda będzie krążyć wokół komety na średniej wysokości ok. 10 kilometrów, zajmując orbitę wyjściową do operacji dostarczenia lądownika na powierzchnię komety. Przez kilka dni przed lądowaniem jej pozycja względem jądra, i wektor jej prędkości, będzie wyznaczana z dużą precyzją.
W międzyczasie operatorzy w ESOC będą przygotowali sekwencję rozkazów dla sondy i lądownika odpowiedzialnych za umieszczenie Philae na powierzchni komety 67P. W celu zwiększenia precyzji manewru, sekwencja ta będzie aktualizowana wraz ze zbliżaniem się dnia lądowania. Zostanie ona przekazana do sondy Rosetta dopiero na kilka godzin przed planowanym rozłączeniem się statków.
Przed odłączeniem sonda wejdzie na orbitę hiperboliczną, zbliżając się do komety od jej oświetlonej strony. Dwie godziny później nastąpi odłączenie Philae od Rosetty.
Prędkość z jaką lądownik odłączy się od sondy operatorzy będą mogli wybrać w zakresie od 0,05 do 0,51 m/s (0,18-1,84 km/h). Wybrana prędkość zostanie wyznaczona zależnie od oczekiwanych własności komety i wybranego scenariusza lądowania. Jeśli podstawowy mechanizm separacji zawiedzie, w odwodzie pozostanie zapasowy mechanizm sprężynowy, na stałe wyregulowany tak, aby wyrzucił lądownik z prędkością ok. 0,18 m/s. Z uwagi na to, scenariusz lądowania najlepiej, aby był dobrany pod tę wartość.
Z chwilą gdy Philae odłączy się od Rosetty, nadejdzie czas oczekiwania i obserwacji, gdyż od tego momentu cała operacja odbywać się będzie już całkowicie automatycznie. Komenda odłączenia dotrze z Ziemi do sondy po około 30 minut.
W zależnie od scenariusza lądowania, opadanie potrwa od 2 do 12 godzin. Philae będzie opadał ruchem swobodnym w słabym polu grawitacyjnym komety, bez napędu i kierowania. Stabilizowane będzie jedynie jego położenie.
Podczas schodzenia lądownik dokona obserwacji powierzchni komety znajdującej się pod nim, w tzw. nadirze. Przeprowadzane też zostaną pierwsze badania naukowe. W tym samym czasie orbiter Rosetta wykona niewielkie korekty swojej trajektorii lotu, aby przyglądać się lecącemu Philae i utrzymywać z nim łączność, przynajmniej przez pierwsze 90 minut od momentu lądowania.
Philae powinien opaść na powierzchnię komety z prędkością ok. 1 m/s. Jednakże, z uwagi na słabą grawitację (ok. 1/100 000 ziemskiej siły ciężkości), niezbędne będzie użycie złożonego systemu do wyhamowania lądownika i zapobiegnięciu odbicia się od powierzchni. W tym celu trójnożne “podwozie” lądownika zaabsorbuje pęd zderzenia i zużyje go na wkręcenie się w powierzchnie komety. W tym samym momencie w powierzchnie wstrzelą się dwa harpuny mające zakotwiczyć statek. Siłę odrzutu skompensuje niewielki silniczek gazowy lądownika.
Instrument MUPUS misji Rosetta, częściowo zbudowany przez polskie Centrum Badań Kosmicznych PAN / Credit: CBK PANGdy lądownik zaczepi się w powierzchnię komety, rozpocznie się pierwsza faza naukowa misji. Jej powodzenie zależy od energii elektrycznej zgromadzonej w pokładowych akumulatorach Philae, obliczonych na 64 godziny pracy. To, czy i jak szybko lądownik będzie mógł skorzystać z ogniw słonecznych zależy od lądowiska, jego oświetlenia i od tego jak wiele pyłu osiądzie na samych ogniwach.
Philae postara się wykonać panoramiczne zdjęcia swojego otoczenia, w tym gruntu pod nim. Niektóre z nich będą stereoskopowe. Wykona też analizy składu gruntu komety, w tym cząstek organicznych, i spróbuje wwiercić się na 23 centymetry w głąb powierzchni, w celu pobrania próbek. Inne przyrządy pokładowe zbadają elektryczne i mechaniczne własności powierzchni jądra komety.
Dane z pomiarów i badań będą przekazywane do Rosetty, która z kolei przekaże je na Ziemię w trakcie najbliższej możliwej sesji łączności. Przez najbliższe 5 dni Rosetta powinna mieć regularną łączność z lądownikiem. Philae będzie też wysyłał do orbitera sygnały radiowe poprzez jądro komety, w celu zbadania jej budowy wewnętrznej.
Instrumenty lądownika Philae / Credit: ESA/ATG medialabCo więcej, badania kontaktowe Philae z miejsca lądowania zostaną też użyte do kalibracji obserwacji zdalnych prowadzonych przez orbiter. Gdy zakończy się główna misja naukowa lądownika (trwająca 4-5 dni), Philae zajmie się stała obserwacją cech fizycznych i chemicznych komety w miarę zbliżania się jej do Słońca. Pomiary będą prowadzone tak długo, jak lądownik będzie sprawny a jego akumulatory będą doładowywane ogniwami słonecznymi.
W tym samym czasie Rosetta będzie “eskortowała” kometę i lądownik w ich podróży w stronę Słońca. Przede wszystkim będzie monitorowała gazową aktywność komety, która powinna rosnąć wraz ze zbliżaniem się do peryhelium. Kometa dotrze tam w sierpniu 2015 roku, zbliżając się na 186 kilometrów do Słońca. Rosetta powinna towarzyszyć jej co najmniej do końca 2015 roku.
Źródło: Kosmonauta.net
Przeczytaj więcej: 
