멀리 떨어진 땅으로 여행 할 때는 조심스럽게 포장합니다. 당신이 가지고 다니는 것은 포괄적이어야하지만 너무 부담되어서는 안됩니다. 그리고 일단 도착하면 긴 여행을 가치있게 만들기 위해 특별한 것을 할 준비가되어 있어야합니다.
이전 우주 잡지 기사“어떻게 혜성에 착륙합니까?” 혜성 67P / Churyumov-Gerasimenko에 Philae의 착륙 기술을 설명했습니다. 그러나 착륙선이 도착하고 새로운 환경에 정착되면 착륙선은 어떻게합니까? Henry David Thoreau가 말했듯이“잔지바르에서 고양이를 세는 것은 전 세계를 돌아 다니는 것이 가치가 없습니다.” Rosetta 착륙선 Philae도 마찬가지입니다. 착륙 장소와 11 월 11 일 착륙 일이 정해지면 Philae 착륙선에는 신중하게 고안된 과학 도구 세트가 장착됩니다. 종합적이고 콤팩트 한 Philae는 스위스 혜성의 도구로 현장에서 혜성의 첫 번째 현장 시험을 수행합니다.
이제 약 15 년 전에 선택된 Philae의 과학적 도구를 고려하십시오. 여정이 좋은 여행자와 마찬가지로 여행 중에 포장 및 운반 할 수있는 장비 선택에 대한 제약으로 기능하는 예산을 설정해야했습니다. 최대 무게, 최대 부피 및 힘이있었습니다. Philae의 최종 질량은 100kg (220lbs)입니다. 그 부피는 4 개의 버너 오븐 범위의 크기에 대해 1 × 1 × 0.8 미터 (3.3 × 3.3 × 2.6 피트)입니다. 그러나 Philae는 도착시 소량의 저장 에너지 (1000 Watt-Hours (10 시간 동안 작동하는 100W 전구와 동일))에서 작동해야합니다. 일단 전력이 소진되면 태양 광 패널에서 최대 8 와트의 전력을 생산하여 130 와트시 배터리에 저장됩니다.
그들이 착륙하여 더 많은 전력을 생산할 것이라는 확신없이 Philae 설계자들은 혜성으로 내려 가기 전에 1 차 우주선 태양열 어레이 (64 평방 미터)에 의해 한 번만 충전되는 고용량 배터리를 제공했습니다. Philae의 초기 과학 명령 시퀀스와 Rosetta에서 저장된 배터리 전력으로 Philae는 법 의학적 분석과 달리 분석을 시작하여 혜성의 "해부"를 수행하는 데 시간을 낭비하지 않습니다. 그 후, 그들은 더 작은 배터리를 사용하는데 재충전하는데 적어도 16 시간이 걸리지 만 Philae는 67P / Churyumov-Gerasimenko를 몇 달 동안 연구 할 수있게합니다.
Philae 착륙선에는 10 개의 과학 기기 패키지가 있습니다. 이 장비는 흡수, 산란 및 방출 된 빛, 전기 전도도, 자력, 열 및 음향을 사용하여 혜성의 특성을 분석합니다. 이러한 특성에는 표면 구조 (표면 재료의 형태 및 화학적 구성), P67의 내부 구조 및 표면 위의 자기장 및 플라즈마 (이온화 가스)가 포함됩니다. 또한 Philae에는 하나의 기기 용 암이 있으며 Philae 본체는 Z 축을 중심으로 360도 회전 할 수 있습니다. Philae를지지하고 충격 완충 장치를 포함하는 기둥.
시바와 롤리스 이미징 시스템. CIVA는 ROLIS와 일부 하드웨어를 공유하는 3 대의 카메라를 나타냅니다. CIVA-P (Panoramic)는 7 개의 동일한 카메라로 Philae 바디 주위에 분포되어 있지만 스테레오 이미징을 위해 2 개의 기능이 있습니다. 각각 60 도의 시야각을 가지며 1024 × 1024 CCD 검출기로 사용됩니다. 대부분의 사람들이 기억할 수 있듯이 디지털 카메라는 지난 15 년 동안 빠르게 발전했습니다. Philae의 이미 저는 1990 년대 후반에 최첨단 기술로 설계되었지만 오늘날 대부분의 스마트 폰에서 픽셀 수를 능가합니다. 그러나 하드웨어 외에 소프트웨어의 이미지 처리도 향상되었으며 이미지의 해상도가 두 배로 향상되었습니다.
CIVA-P는 최초의 자율 명령 시퀀스의 일부로 완전한 착륙 지점을 조사하는 즉각적인 임무를 수행하게됩니다. 다른 기기의 배치에 중요합니다. 또한 Philae 본체의 Z 축 회전을 사용하여 측량합니다. CIVA-M / V는 미세한 3 색 이미 저 (7 미크론 해상도)이고 CIVA-M / I는 근적외선 분광계 (파장 범위 1 ~ 4 미크론)로 전달되는 각 샘플을 검사합니다. 샘플을 가열하기 전에 COSAC & PTOLEMY 오븐.
ROLIS는 하강 단계에서 착륙 지점을 조사하는 주요 역할을하는 1024x1024 CCD 검출기가 장착 된 단일 카메라입니다. 카메라는 57 도의 시야각을 가진 f / 5 (f-ratio) 초점 조절 렌즈로 아래쪽을 향하고 고정되어 있습니다. 하강하는 동안 무한대로 설정되며 5 초마다 이미지를 촬영합니다. 전자 장치는 데이터를 압축하여 Rosetta에 저장 및 전송해야하는 총 데이터를 최소화합니다. 초점은 터치 다운 직전에 조정되지만 그 후에 카메라는 매크로 모드에서 작동하여 Philae 바로 아래에서 혜성을 분 광학적으로 조사합니다. Philae 바디의 회전은 ROLIS를위한“워킹 서클”을 만들 것입니다.
ROLIS의 다중 역할 설계는 과학자와 엔지니어가 어떻게 무게, 부피 및 전력 소비를 전반적으로 줄이고, Philae를 가능하게하고, Rosetta와 함께 발사 차량의 탑재량 제한, 태양 광의 전력 제한에 맞추기 위해 어떻게 협력했는지를 명확하게 보여줍니다. 셀 및 배터리, 명령 및 데이터 시스템 및 무선 송신기의 한계.
APXS. 이것은 알파 양성자 X 선 분광계. 우주 과학자의 스위스 군용 칼의 필수 도구입니다. APXS 분광계는 모든 Mars Rover 임무에서 공통으로 사용되는 도구가되었으며 Philae는 Mars Pathfinder의 업그레이드 버전입니다. APXS 디자인의 유산은 어니스트 러더 포드 (Ernest Rutherford) 등의 초기 실험으로 원자의 구조와 빛과 물질의 양자 특성을 발견하게되었습니다.
이 기기에는 작동에 필수적인 작은 알파 입자 방출 원 (Curium 244)이 있습니다. Rutherford Back-scattering의 알파 입자 원리는 수 소나 베릴륨 (알파 입자에 가까운 질량, 헬륨 핵)과 같은 더 가벼운 원소의 존재를 감지하는 데 사용됩니다. 이러한 더 가벼운 원소 입자의 질량은 탄성 충돌 동안 알파 입자로부터 측정 가능한 양의 에너지를 흡수 할 것이다; 러더 포드 백스 캐터링에서 180도 근처에서 발생합니다. 그러나 일부 알파 입자는 물질의 핵에 의해 반사되기보다는 흡수됩니다. 알파 입자의 흡수는 그것이 유래 한 원소 입자 (유산 재료에서)에 고유 한 측정 가능한 운동 에너지를 갖는 양성자의 방출을 야기한다; 이것은 마그네슘이나 황과 같은 더 무거운 원소를 감지하는 데 사용됩니다. 마지막으로, 관심 물질의 내부 쉘 전자는 알파 입자에 의해 방출 될 수 있습니다. 외부 껍질로부터의 전자가 이러한 손실 된 전자를 대체 할 때, 이들은 그 기본 입자에 고유 한 특정 에너지 (양자)의 X- 선을 방출한다. 따라서 철 또는 니켈과 같은 더 무거운 요소를 감지 할 수 있습니다. APXS는 20 세기 초 입자 물리학의 구체화입니다.
문의하십시오. 전파 전송에 의한 COmet Nucleus 사운 딩 실험이름에서 알 수 있듯이 혜성의 핵으로 전파를 전송합니다. Rosetta 궤도 선은 90MHz 전파를 전송하고 동시에 Philae는 표면에 서서 혜성이 그들 사이에있게됩니다. 결과적으로, 혜성을 통한 이동 시간 및 전파의 나머지 에너지는 전파되는 물질의 특징이다. 혜성의 내부 구조를 결정하기 위해 많은 각도를 통한 CONSERT의 많은 무선 송수신이 필요합니다. 실루엣이 어떻게 변하는 지보기 위해 머리를 좌우로 움직여서 당신 앞에 서있는 어두운 물체의 모양을 감지하는 방법과 비슷합니다. 당신의 두뇌는 모두 물체의 모양을 인식합니다. CONSERT 데이터를 사용하면 컴퓨터를 사용하는 복잡한 디컨 볼 루션 프로세스가 필요합니다. 혜성의 내부가 알려진 정확도는 더 많은 측정으로 향상됩니다.
무 푸스. 표면 및 지하 과학을위한 다목적 센서 혜성 표면과 지하 표면의 에너지 균형, 열적, 기계적 특성을 30cm 깊이까지 측정하기위한 검출기 제품군입니다. MUPUS에는 3 가지 주요 부분이 있습니다. 관통 튜브 인 PEN이 있습니다. PEN은 본체에서 최대 1.2m까지 연장되는 해머 암에 부착됩니다. 표면 아래로 PEN을 관통하여 묻을 수있는 충분한 하향 력으로 전개됩니다. 여러 해머 스트로크가 가능합니다. PEN (침투 기 튜브)의 팁 또는 앵커에는 가속도계 및 표준 PT100 (백금 저항 온도계)이 있습니다. 앵커 센서는상륙 지점에서의 경도 프로파일과 최종 깊이에서의 열확산도를 결정 [ref]. 표면을 관통 할 때 감속이 많거나 적 으면 재료가 더 단단하거나 부드럽다는 것을 나타냅니다. PEN에는 표면 아래 온도와 열전도도를 측정하기 위해 길이에 따라 16 개의 열 감지기 배열이 포함되어 있습니다. PEN에는 열원을 가지고있어 재료 재료로 열을 전달하고 열역학을 측정합니다. 열원을 끈 상태에서 PEN의 감지기는 혜성이 태양에 접근하여 가열 될 때 혜성의 온도와 에너지 균형을 모니터링합니다. 두 번째 부분은 표면의 열역학을 측정하는 PEN 꼭대기의 방사 계인 MUPUS TM입니다. TM은 6-25 μm의 파장 범위를 커버하기 위해 광학 필터가있는 4 개의 서모 파일 센서로 구성됩니다.
SD2 샘플 드릴 및 분배 장치는 표면과 표면을 20cm 깊이까지 관통합니다. 회수 된 각각의 샘플은 부피가 몇 입방 밀리미터이며 회전 목마에 장착 된 26 개의 오븐에 분배됩니다. 오븐은 시료를 가열하여 COSAC 및 PTOLEMY 인 가스 크로마토 그래프 및 질량 분석기로 전달되는 가스를 생성합니다. APXS 및 ROLIS 데이터의 관찰 및 분석은 Z 축을 중심으로 Philae의 몸을 회전하여 "작업 원"에있을 샘플링 위치를 결정하는 데 사용됩니다.
코사크 혜성 샘플링 및 구성 실험. 내가 본 최초의 가스 크로마토 그래프 (GC)는 대학 실험실에 있었고 실험실 관리자가 지역 경찰서를 지원하는 법의학 테스트에 사용되었습니다. Philae의 의도는 지구에서 수억 마일 떨어진 혜성에 대한 법의학 테스트를 수행하는 것 이상입니다. Philae는 효과적으로 Sherlock Holmes의 스파이 유리이며 Sherlock은 지구상의 모든 연구원입니다. COSAC 가스 크로마토 그래프는 질량 분석계를 포함하며 혜성 물질을 구성하는 원소 및 분자, 특히 복잡한 유기 분자의 양을 측정합니다. 필자가 보았던 첫 번째 실험실 GC는 Philae의 크기에 더 가까웠지만 Philae의 두 GC는 신발 상자의 크기와 비슷합니다.
철학. 다른 유형의 가스 크로마토 그래프 인 진화 된 가스 분석기 [ref]. 프톨레마이오스의 목적은 특정 동위 원소의 양을 측정하여 동위 원소 비율, 예를 들어 동위 원소 C12 대 한 부분 C13을 유도하는 것입니다. 정의에 따르면 원소의 동위 원소는 핵에는 같은 수의 양성자가 있지만 다른 수의 중성자가 있습니다. 하나의 예는 탄소, C12, C13 및 C14의 3 개의 동위 원소; 숫자는 중성자 수입니다. 일부 동위 원소는 안정적이지만 다른 동위 원소는 불안정 할 수 있습니다. 방사성 물질은 같은 원소의 안정된 형태 또는 다른 원소로 붕괴됩니다. 프톨레마이오스 수사관이 관심을 갖는 것은 원소 H, C, N, O 및 S, 특히 탄소에 대한 안정한 동위 원소 (자연적이며 방사성 붕괴의 영향을받지 않거나 방사성 붕괴로 인한 것)의 비율입니다. 비율은 혜성이 생성되는 위치와 방법을 알려주는 지표입니다. 지금까지 동위 원소 비율을 결정하기위한 혜성의 분광 측정은 먼 거리에서 왔으며 혜성의 기원과 혜성이 행성의 생성 및 태양 성운의 진화와 어떻게 연관되어 있는지에 대한 확고한 결론을 도출하기에는 정확도가 부적절했습니다. 우리의 별인 태양을 둘러싼 행성계의 탄생지. 진화 된 가스 분석기는 시료를 가열하여 (~ 1000C) 분광계가 매우 정확하게 양을 측정 할 수있는 기체 상태로 재료를 변형시킵니다. 비슷한 기기 인 TEGA (Thermal Evolved Gas Analyzer)는 Mars Phoenix 착륙선의 기기였습니다.
참깨 표면 전기 음향 및 음향 모니터링 실험이 기기에는 3 개의 고유 한 검출기가 있습니다. 첫 번째는 음향 감지기 인 SESAME / CASSE입니다. Philae의 각 발판에는 음향 이미 터와 수신기가 있습니다. 각 다리는 다른 다리의 센서가 측정 할 혜성으로 음파 (100 Hertz에서 KiloHertz 범위)를 교대로 전송합니다. 그 파동이 통과하는 미용 재료에 의해 파동이 약화, 즉 약화되고 변형되는 방법은 Philae 악기에서 얻은 다른 코미트 속성과 함께 사용되어 혜성 구조의 일일 및 계절 변화를 약 2의 깊이까지 결정할 수 있습니다 미터. 또한 수동 (청취) 모드에서 CASSE는 삐걱 거리는 소리, 혜성 내부의 신음 소리를 모니터링하여 태양열 난방 및 배기 가스의 스트레스로 인해 발생할 수 있습니다.
다음은 SESAME / PP 검출기 – Permittivity Probe입니다. 유전율은 물질이 전기장에 갖는 저항의 척도입니다. SESAME / PP는 진동 (사인파) 전기장을 혜성으로 전달합니다. Philae의 발은 전기장을 방출하기 위해 수신기와 전극 및 AC 사인 생성기를 운반합니다. 혜성의 또 다른 필수 속성 인 유전율을 제공하여 약 2 미터 깊이까지의 혜성 재료의 저항이 측정됩니다.
세 번째 탐지기를 SESAME / DIM이라고합니다. 이것은 혜성 먼지 카운터입니다. 이러한 계측기 설명을 컴파일하는 데 사용되는 몇 가지 참조가있었습니다. 이 악기에는 내가 참조할만한 아름다운 설명이 있습니다. “랜더 발코니 상단의 먼지 충격 모니터 (DIM) 큐브는 3 개의 능동 직교 (50 × 16) mm 압전 센서가있는 먼지 센서입니다. 과도 피크 전압 및 반 접촉 지속 시간의 측정으로부터 충격 먼지 입자의 속도 및 반경을 계산할 수 있습니다. 반경이 약 0.5 µm ~ 3 mm이고 속도가 0.025–0.25 m / s 인 입자를 측정 할 수 있습니다. 배경 잡음이 매우 높거나 버스트 신호의 속도 및 / 또는 진폭이 너무 높으면 시스템은 자동으로 소위 평균 연속 모드로 전환됩니다. 즉, 먼지 신호를 측정 할 수있는 평균 신호 만 얻을 수 있습니다.” [참조]
ROMAP 로제타 랜더 자력계 및 플라즈마 검출기는 또한 압력 센서 인 제 3 검출기를 포함한다. 혜성과 핵에 의해 생성 된 고유의 자기장에 의해 여러 우주선이 비행 한 적이있다. 고유 자기장이 존재하면, 그것은 매우 약할 수 있고 표면에 착륙해야 할 것입니다. 하나를 찾는 것은 특별 할 것이며 혜성에 관한 이론을 머릿속으로 돌리게 될 것입니다. 낮게 보아 Philae에는 플럭스 게이트 자력계가 있습니다.
우리를 둘러싼 지구의 자기장 (B)은 수만 개의 나노 테슬라 (SI 단위, 10 억 분의 테슬라)로 측정됩니다. 지구의 영역을 넘어 행성, 소행성 및 혜성은 모두 태양의 자기장에 잠기 며 지구 근처에서는 5-10 나노 테슬라의 한 자리수로 측정됩니다. Philae의 검출기의 범위는 +/- 2000 nanoTesla입니다. 경우에 따라서는 플럭스 게이트에 의해 쉽게 제공되는 범위. 그것은 나노 테슬라의 1/100의 감도를 갖는다. 그래서 ESA와 Rosetta가 준비되었습니다. 자력계는 매우 작은 필드가 있으면 감지 할 수 있습니다. 이제 플라즈마 검출기를 생각해 봅시다.
우주의 많은 동역학은 플라즈마와 이온화 가스 (일반적으로 하나 이상의 전자가 없어서 양전하를지는 양의 전자)와 자기장의 상호 작용을 포함합니다. 혜성은 또한 그러한 상호 작용을 포함하고 Philae는 전자와 양으로 하전 된 이온의 에너지, 밀도 및 방향을 측정하기 위해 플라즈마 검출기를 가지고 있습니다. 활성 혜성은 공간과 작은 고체 (먼지) 입자로 중성 가스를 방출합니다. 태양의 자외선은 혜성 꼬리의 혜성 가스를 부분적으로 이온화하여 플라즈마를 만듭니다. 플라즈마가 얼마나 뜨겁고 조밀한지에 따라 혜성 핵에서 어느 정도 떨어져 있으면 태양의 자기장과 꼬리의 플라즈마 사이에 스탠드 오프가 있습니다. 태양의 B 필드는 혜성의 꼬리 종류 주위에 할로윈 트릭 또는 트리 터 위에 드리워 지지만 눈 구멍이없는 하얀 시트처럼 드리워집니다.
따라서 P67의 표면에서 Philae의 ROMAP / SPM 감지기, 정전기 분석기 및 패러데이 컵 센서는 빈 공간이 아닌 공간에서 자유 전자와 이온을 측정합니다. "차가운"플라즈마는 혜성을 둘러싼 다; SPM은 40 ~ 8000 전자 볼트 (eV) 범위의 이온 운동 에너지와 0.35 eV ~ 4200 eV 전자를 감지합니다. 마지막으로, ROMAP에는 지구에서 우리가 즐기는 기압보다 백만 분의 일 또는 십억 분의 일 또는 매우 낮은 압력을 측정 할 수있는 압력 센서가 포함되어 있습니다. 표면 근처의 주로 중성 가스를 이온화하고 생성되는 전류를 측정하는 Penning Vacuum 게이지가 사용됩니다.
Philae는 67P / Churyumov-Gerasimenko 표면에 10 개의 계측기 제품군을 운반하지만 10 개는 15 가지 유형의 검출기를 나타냅니다. 일부는 상호 의존적입니다. 즉 특정 속성을 도출하려면 여러 데이터 세트가 필요합니다. 혜성 표면에 Philae를 착륙시키는 것은 주먹 시간 동안 혜성의 많은 속성을 측정 할 수있는 수단을 제공하고 다른 것들도 상당히 높은 정확도로 측정합니다. 과학자들은 혜성의 기원과 태양계의 진화에 대한 기여를 이해하는 데 더 가까이 다가 갈 것입니다.
