Nawigacja

Misja Philae na komecie 67P. (Więcej szczegółów i inne formaty dostępne tutaj.)
Credit: ESA/ATG medialab

Orbiter Rosetta uwolni lądownik Philae o 08:35 UTC/09:35 CET 12 listopada w odległości około 22,5 km od centrum komety 67P/Churyumov-Gerasimenko. Około siedem godzin później Philae powinien wylądować w miejscu lądowania, znanym jako Agilkia. Przy czasie podróży sygnału w jedną stronę między Rosettą a Ziemią 12 listopada wynoszącym 28 minut i 20 sekund, oznacza to, że potwierdzenie separacji dotrze do ziemskich stacji naziemnych o 09:03 UTC/10:03 CET, a potwierdzenie przyziemienia około 16:00 UTC/17:00 CET.

6 sierpnia Rosetta znalazła się w odległości 100 km od komety. Od tego czasu do połowy października sonda zbliżyła się do komety na odległość 10 km od jej środka.

Do końca października seria niewielkich manewrów umieściła sondę na orbicie przed dostawą. Manewr dostarczenia lądownika wymaga niezwykle wysokiej precyzji, dlatego Rosetta pozostanie na tej orbicie przez kilka dni, aby dać operatorom czas na dokładne zweryfikowanie pozycji i prędkości statku.

Pierwsza z serii decyzji Go/NoGo zostanie podjęta 11 listopada, przed separacją, po potwierdzeniu przez zespół dynamiki lotu, że Rosetta jest na właściwej trajektorii przed dostarczeniem lądownika. Kolejne decyzje Go/NoGo zostaną podjęte w nocy z 11 na 12 listopada i będą dotyczyć gotowości orbitera i przesyłania komend oraz potwierdzenia lądownika, a ich kulminacją będzie potwierdzenie gotowości lądownika do separacji. Gdy to nastąpi, będzie można rozpocząć próbę lądowania.

Rosetta i Philae na komecie 67P.
Kredit: ESA/ATG medialab; Obraz komety: ESA/Rosetta/NavCam

Z orbity poprzedzającej dostawę, Rosetta manewrować będzie do trajektorii hiperbolicznej lecąc przed kometą, po stronie Słońca. Dwie godziny później lądownik zostanie automatycznie uwolniony. Może on zostać odepchnięty od orbitera z wybraną prędkością od 0,05 m/s do 0,51 m/s. Dokładna wartość będzie zależała od właściwości komety oraz od wybranych scenariuszy separacji i opadania. Jeśli początkowe rozmieszczenie nie powiedzie się, zapasowy mechanizm sprężynowy zapewni, że lądownik zostanie uwolniony z prędkością około 0,18 m/s. Z oczywistych względów preferowana jest strategia separacji i opadania o tej wartości.

Po uwolnieniu Philae jest zdany na siebie. Sygnał będzie potrzebował około 30 minut, aby pokonać odległość dzielącą Ziemię od komety, co jest zdecydowanie zbyt długim czasem, aby umożliwić jakąkolwiek ręczną interwencję.

Schodzenie do miejsca lądowania, Agilkia, zajmie około siedmiu godzin. Lądownik wyląduje gdzieś wewnątrz „elipsy lądownika”, o średnicy około kilkuset metrów. Elipsa lądownika została wybrana tak, aby była możliwie wolna od zagrożeń takich jak duże głazy i aby uniknąć, tak bardzo jak to możliwe, nachylenia przekraczającego 30 stopni, niemniej jednak będzie z tym związane pewne ryzyko.

Podczas opadania Philae będzie opadał powoli, bez napędu lub sterowania, stopniowo nabierając prędkości w słabym polu grawitacyjnym komety, a jego położenie będzie stabilizowane przez wewnętrzne koło zamachowe.

Podczas opadania będą rejestrowane obrazy za pomocą kamery skierowanej w dół, a niektóre eksperymenty naukowe na lądowniku będą również aktywne. Tymczasem orbiter będzie kontynuował swoją trajektorię z dala od jądra komety. Niewielki manewr pozwoli mu spojrzeć za siebie i monitorować opadanie Philae za pomocą kamer. Manewr ten zapewni również komunikację między orbiterem a lądownikiem podczas opadania i do 90 minut po wylądowaniu.

Philae dotrze na powierzchnię z prędkością zbliżoną do spacerowej, około 1 m/s. To może nie brzmi zbyt wiele, ale ponieważ grawitacja powierzchni komety jest sto tysięcy razy słabsza od ziemskiej, trzeba zastosować skomplikowany system, aby zapobiec odbiciu się komety w przestrzeń kosmiczną. Lądownik na trzech nogach będzie absorbował pęd i wykorzystywał go do wbijania w powierzchnię śruby lodowej w każdej stopie. W tym samym czasie dwa harpuny wystrzelą, aby zablokować sondę na powierzchni, a mały pędnik na górze może być użyty do przeciwdziałania odrzutowi harpunów.

Po zakotwiczeniu do jądra rozpocznie się główna misja naukowa Philae, która musi odbyć się szybko. Jego początkowa żywotność baterii wynosi zaledwie 64 godziny i choć posiada on również ogniwa słoneczne, dzięki którym może naładować baterie i przedłużyć żywotność, będzie to zależało od miejsca lądowania i oświetlenia, a także od tego, ile pyłu zgromadzi się na panelach.

Philae wykona panoramiczne zdjęcia otoczenia, z przekrojem w 3D, oraz wysokiej rozdzielczości zdjęcia powierzchni bezpośrednio pod nią. Przeprowadzi na miejscu analizę składu lodów i materii organicznej komety, a wiertło pobierze próbki z głębokości 23 cm i przekaże je do analizy w laboratorium pokładowym. Lądownik dokona również pomiarów elektrycznych i mechanicznych właściwości powierzchni jądra.

Dane będą przekazywane do orbitera, gotowe do przesłania z powrotem na Ziemię w następnym okresie kontaktu ze stacją naziemną. Przez pierwsze pięć ziemskich dni, orbiter i lądownik będą miały regularny kontakt, gdy będą mogły się nawzajem zobaczyć, ponieważ kometa obraca się z okresem 12,4 godziny. Dodatkowo, sygnały radiowe o niskiej częstotliwości będą przesyłane pomiędzy Philae i orbiterem przez jądro, aby zbadać jego wewnętrzną strukturę.

Szczegółowe pomiary powierzchni in-situ, które Philae wykona w miejscu lądowania, zostaną wykorzystane do uzupełnienia i kalibracji obszernych zdalnych obserwacji wykonanych przez orbiter, obejmujących całą kometę. Po zakończeniu podstawowej misji naukowej, lądownik będzie kontynuował monitorowanie fizycznych i chemicznych właściwości powierzchni komety w trakcie jej podróży w kierunku Słońca i tak długo, jak długo baterie będą w stanie się naładować.

W międzyczasie Rosetta rozpocznie kolejną ważną część swojej misji: orbiter będzie kontynuował manewrowanie wokół komety w tempie spacerowym, zbierając próbki pyłu i gazu oraz prowadząc obserwacje teledetekcyjne w miarę jak kometa będzie się rozgrzewać, a jądro i jego otoczenie będą ewoluować. Kometa osiągnie swoje największe zbliżenie do Słońca (peryhelium) w sierpniu 2015 roku. Rosetta będzie śledzić słabnącą aktywność komety w kierunku zewnętrznego Układu Słonecznego, co najmniej do końca 2015 roku.