Rosetta (sonda kosmiczna)

Rossetta / Philae
Zaangażowani	ESA
Indeks COSPAR	2004-006A
Rakieta nośna	Ariane 5G+
Miejsce startu	Gujańskie Centrum Kosmiczne, Gujana Francuska
Cel misji	67P/Czuriumow-Gierasimienko
Orbita (docelowa, początkowa)
Okrążane ciało niebieskie	Słońce
Czas trwania
Początek misji	2 marca 2004 (07:17:44 UTC)
Data lądowania	listopad 2014
Koniec misji	grudzień 2015
Wymiary
Wymiary	szer. 2,8 m; wys. 2,1 m; rozpiętość paneli 32 m
Masa całkowita	2900 kg
Masa aparatury naukowej	186 kg
Multimedia w Wikimedia Commons

Rosetta – sonda kosmiczna Europejskiej Agencji Kosmicznej przeznaczona do wykonania pierwszych szczegółowych badań in situ na powierzchni jądra kometarnego i z orbity wokół niego.

Pierwotnym celem misji miała być kometa 46P/Wirtanen, do której sonda miała wystartować w styczniu 2003 r. i dotrzeć w 2011 roku. Plan ten został zarzucony po awarii rakiety Ariane 5 w grudniu 2002 r. Opóźnienie początku misji zmusiło do zmiany planowanego celu. Została nim kometa okresowa 67P/Czuriumow-Gierasimienko, z którą sonda spotkać ma się w 2014 roku.

Po dwóch odwołanych startach, Rosettę wysłano 2 marca 2004 roku o 7:17 GMT. Poza zmianami celu i momentu startu, profil misji nie uległ zmianie. Tak jak poprzednio, sonda ma wejść na bardzo powolną orbitę wokół jądra komety, przygotowując się do uwolnienia lądownika. Lądownik nazwany Philae ma opaść na powierzchnię jądra z prędkością 1 m/s. W chwili kontaktu z powierzchnią mają zostać wystrzelone dwa harpuny, zapobiegające odbiciu się lądownika.

Nazwa sondy Rosetta wzięła się od Kamienia z Rosetty, który znaleźli żołnierze Napoleona w 1799 roku w Egipcie. Dzięki temu, iż na kamieniu znajdował się ten sam tekst napisany po grecku i po egipsku, naukowcom udało się w końcu rozszyfrować egipskie hieroglify.

Naukowcy mają nadzieję, że misja sondy będzie miała przełomowe znaczenie, gdyż, jak się sądzi, komety są najbardziej pierwotnymi obiektami Układu Słonecznego i zbadanie ich budowy może pomóc odsłonić tajemnice jego powstania.

W drodze do komety Rosetta minęła też w niewielkiej odległości i wykonała badania dwóch planetoid: (2867) Šteins i (21) Lutetia.

Cele misji

Celem misji sondy Rosetta jest przeprowadzenie badań mających pomóc w poznaniu pochodzenia komet, związku pomiędzy materią kometarną i materią międzygwiazdową oraz ich znaczenia dla powstania Układu Słonecznego.

W celu osiągnięcia tego zadania przed sondą postawiono szereg celów obserwacyjnych.

• Globalne scharakteryzowanie jądra kometarnego: jego właściwości dynamicznych, składu i morfologii powierzchni.
• Zbadanie składu chemicznego, mineralogicznego i izotopowego substancji lotnych i stałych na powierzchni jądra.
• Określenie własności fizycznych i zależności występujących pomiędzy substancjami lotnymi i stałymi jądra.
• Obserwacja faz rozwoju aktywności kometarnej i procesów zachodzących w warstwie powierzchniowej jądra oraz w wewnętrznej komie (interakcje pomiędzy gazem i pyłem).
• Globalne scharakteryzowanie mijanych planetoid, w tym określenie ich właściwości dynamicznych, składu i morfologii powierzchni.

Konstrukcja sondy

Orbiter Rosetta

Kadłub sondy o wymiarach 2,8×2,1×2,0 m wykonany jest z aluminium. Energii elektrycznej dostarczają dwa skrzydła baterii słonecznych, każdy o długości 14 m i łącznej powierzchni 64 m², ładujące 4 akumulatory NiCd o łącznej pojemności 40 Ah i napięciu wyjściowym 28 V. Całkowita rozpiętość sondy wraz z rozłożonymi bateriami wynosi 32 m. Baterie słoneczne dostarczają energii o mocy 850 W w odległości 3,4 j.a. od Słońca i 395 W przy oddaleniu o 5,25 j.a. od Słońca. Łączność z sondą zapewniają:

• antena główna o średnicy 2,2 m
• mniejsza antena o średnicy 0,8 m
• dwie wielokierunkowe anteny pomocnicze

Prędkość przesyłania danych wynosi od 5 do 20 kilobitów na sekundę. Sonda stabilizowana jest trójosiowo. Rosetta wyposażona jest w zestaw 24 silniczków o ciągu 10 N każdy. Służą one do wykonywania korekt kursu i do kontroli położenia sondy. Lądownik Philae przymocowany jest do przeciwległego boku orbitera w stosunku do anteny głównej. Całkowita masa startowa wynosiła około 3000 kg, w tym 1670 kg materiałów pędnych, 165 kg masy aparatury naukowej (na pokładzie orbitera) i 97 kg masy lądownika.

Lądownik Philae

Szkielet lądownika ma kształt heksagonalnego cylindra o średnicy ok. 1 m i wysokości 0,8 m, wykonanego z włókien węglowych. Trójnożna podstawa zaopatrzona jest w amortyzatory chroniące przed odbiciem się od powierzchni jądra. Natychmiast po wylądowaniu lądownik wystrzeli też harpun, który zakotwiczy go na powierzchni. Korpus lądownika ma możliwość obracania się na swej podstawie. Baterie słoneczne o łącznej powierzchni 2,2 m² dostarczają energii o mocy 32 W przy odległości 3 j.a. od Słońca. Na pokładzie znajdują się dwie baterie elektryczne, z których jedna będzie doładowywana przez baterie słoneczne. Nadajnik radiowy o mocy 1 W posłuży do utrzymywania łączności lądownika z Ziemią za pośrednictwem orbitera Rosetta. Na pokładzie znajduje się 9 instrumentów naukowych i urządzenie wiertnicze zdolne do pobrania próbek gruntu do głębokości 23 cm. Masa całkowita lądownika wynosi 96,8 kg, w tym 21 kg masy aparatury naukowej. Misja lądownika na powierzchni komety planowana jest na minimum tydzień, może jednak trwać przez wiele miesięcy.

Instrumenty naukowe

Orbiter Rosetta

• Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System (OSIRIS) – główny instrument obrazujący sondy; składa się z dwóch kamer oraz wspólnej dla obu kamer części elektroniki; matryce CCD obu kamer mają rozdzielczość 2048 x 2048 pikseli; obserwacje w zakresie długości fal 250–1000 nm:
  • kamera szerokokątna (WAC)
  • kamera wąskokątna (NAC)
• Ultraviolet Imaging Spectrometer (ALICE) – spektrometr obrazujący w ultrafiolecie; zbada skład gazów w komie i warkoczu komety, tempo emisji wody, tlenku i dwutlenku węgla oraz skład powierzchni jądra; obserwacje w zakresie długości fal 70–205 nm
• Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) – spektrometr obrazujący w świetle widzialnym i podczerwieni badający skład i temperaturę na powierzchni jądra; obserwacje w zakresie długości fal 0,25–5 μm
• Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter (MIRO) – spektrometr mikrofalowy mierzący obfitość i skład izotopowy substancji lotnych oraz mierzący temperaturę podpowierzchniową jądra komety i planetoid
• Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) – instrument złożony z dwóch spektrometrów masowych jonów i cząstek neutralnych oraz z czujnika ciśnienia; zbada skład atmosfery i jonosfery kometarnej, prędkości cząstek i reakcje w jakich uczestniczą
• Cometary Secondary Ion Mass Analyzer (COSIMA) – spektrometr masowy analizujący skład cząstek pyłu kometarnego
• Micro-Imaging Dust Analysis System (MIDAS) – mikroskop sił atomowych wykonujący obrazy cząstek pyłowych z rozdzielczością 4 nm
• Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission (CONSERT) – sondowanie wnętrza jądra kometarnego przy użyciu impulsów radiowych przesyłanych pomiędzy orbiterem i lądownikiem
• Grain Impact Analyser and Dust Accumulator (GIADA) – czujnik cząstek pyłowych
• Rosetta Plasma Consortium (RPC) – zestaw 5 instrumentów o wspólnym interfejsie elektrycznym i przesyłania danych (Plasma Interface Unit, PIU); instrumenty przeznaczone są do badań środowiska plazmowego komety:
  • Ion Composition Analyser (ICA) – czujnik jonów dodatnich
  • Ion and Electron Sensor (IES) – czujnik jonów i elektronów
  • Langmuir Probe (LAP) – sonda Langmuira
  • Fluxgate Magnetometer (MAG) – magnetometr transduktorowy
  • Mutual Impedance Probe (MIP) – czujnik impedancyjny
• Radio Science Investigations (RSI) – sygnały radiowe z nadajnika sondy posłużą do pomiarów masy, rozmiarów i struktury jądra, własności komy i orbity komety

Lądownik Philae

• Cometary Sampling and Composition experiment (COSAC) — zestaw instrumentów przeznaczony do analizy składu substancji lotnych w materii kometarnej ze szczególnym uwzględnieniem detekcji cząsteczek złożonych związków organicznych; w jego skład wchodzi chromatograf gazowy i spektrometr masowy
• Methods Of Determining and Understanding Light elements from Unequivocal Stable isotope compositions (MODULUS Ptolemy) — zestaw instrumentów przeznaczony do analizy składu izotopowego pierwiastków lekkich na powierzchni komety; w jego skład wchodzi chromatograf gazowy i spektrometr masowy
• Multi-Purpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science (MUPUS) — zestaw czujników do pomiaru własności mechanicznych i termicznych powierzchni komety; w skład zestawu wchodzą:
  • akcelerometr w kotwicy (ANC-M)
  • czujnik temperatury w kotwicy (ANC-T)
  • czujnik podczerwieni (TM)
  • penetrator (PEN-M)
  • czujniki temperatury penetratora (PEN-TP)
  • grzejnik penetratora (PEN-THC)
• Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor (ROMAP) — magnetometr i czujnik plazmy
• Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiments (SESAME) — zestaw trzech instrumentów mierzących własności zewnętrznych warstw jądra komety:
  • Cometary Acoustic Sounding Surface Experiment (CASSE) — eksperyment sondowania akustycznego powierzchni jądra
  • Permittivity Probe (PP) — czujnik własności elektrycznych powierzchni
  • Dust Impact Monitor (DIM) — czujnik pyłu opadającego na powierzchnię jądra
• Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS) — spektrometr promieniowania rentgenowskiego i cząstek alfa przeznaczony do badania składu chemicznego powierzchni komety
• Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission (CONSERT) — sondowanie wnętrza jądra kometarnego przy użyciu impulsów radiowych przesyłanych pomiędzy orbiterem i lądownikiem
• Comet nucleus Infrared and Visible Analyzer (ÇIVA) — zestaw instrumentów obrazujących:
  • ÇIVA-P — zestaw 6 mikrokamer, w tym 1 kamera stereoskopowa wykonujący panoramiczne fotografie powierzchni komety; matryce CCD każdej kamery mają rozdzielczość 1024 x 1024 pikseli
  • ÇIVA-M — mikroskop optyczny (ÇIVA-M/V) o rozdzielczości 14 μm połączony ze spektrometrem podczerwieni (ÇIVA-M/I); wykona obserwacje składu, tekstury i albedo próbek pobranych z powierzchni komety
• Rosetta Lander Imaging System (ROLIS) — kamera o wysokiej rozdzielczości zaopatrzona w matrycę CCD o rozdzielczości 1024 x 1024 pikseli

Próbki gruntu kometarnego dostarczane są do urządzeń analizujących przez Sampling, Drilling and Distribution Subsystem (SD2) zdolny do pobrania próbek gruntu do głębokości ok. 23 cm.

W przygotowaniu eksperymentu MUPUS, w tym konstrukcji urządzenia wbijającego dla penetratora, wzięli udział polscy naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie i kilkunastu innych placówek badawczo-rozwojowych w Polsce.

Przebieg misji

• 2 marca 2004, 07:17 UTC — start sondy.
• 4 marca 2005 — pierwszy przelot koło Ziemi w celu wykonania manewru wspomagania grawitacyjnego; zbliżenie na odległość 1954,74 km.
• 4 lipca 2005 — obserwacje komety Tempel 1 podczas uderzenia sondy Deep Impact w jej jądro.
• 25 lutego 2007 — przelot koło Marsa w odległości 250 km - wykonanie zdjęć Marsa i przejścia Fobosa nad jego powierzchnią
• 13 listopada 2007 — drugi przelot koło Ziemi, zbliżenie na odległość 5295 km.
• 5 września 2008, 18:38:20,1 UTC — przelot koło planetoidy (2867) Šteins w odległości 802,6 km z prędkością względną 8,6 km s^-1.
• 13 listopada 2009, 07:45:40 UTC — trzeci przelot koło Ziemi, zbliżenie na odległość 2481 km.
• 10 lipca 2010, 15:44:57 UTC — przelot koło planetoidy (21) Lutetia w odległości 3160 km z prędkością względną 15 km s^-1.
• 8 czerwca 2011 – 20 stycznia 2014 — lot sondy w stanie hibernacji.
• maj 2014 — zbliżenie do komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko.
• sierpień 2014 — wejście na orbitę wokół jądra komety.
• listopad 2014 — lądowanie na powierzchni jądra komety (lądownik Philae).
• sierpień 2015 — przejście komety przez peryhelium.
• grudzień 2015 — planowany koniec misji.

Całkowity koszt misji wynosi około 1 miliarda euro. W sumie tej zawarty jest koszt budowy sondy i jej instrumentów naukowych, rakiety nośnej, koszty operacyjne podczas całej misji oraz związane z opóźnieniem jej startu.

Linki zewnętrzne

• Misja Rosetta na stronie ESA (ang.)
• Lądownik Philae na stronie Max-Planck-Institut (ang.)
• Loty kosmiczne - Rosetta/Philae (pol.)