Velký den pro ESA a modul Philae

Zvětšit obrázek Časová osa spouštění jednotlivých experimentů. Kredit: ESA.

Zdroj: Blogs.esa

Přiblížení, oddělení a dosednutí

Poslední říjnový den provedla sonda Rosetta důležitý manévr, jenž ji navedl na oběžnou dráhu, na které setrvá až do 12. listopadu. Tehdy dojde k oddělení modulu a následnému pokusu o přistání. Zážeh trysek začal ráno v 03:09:55 našeho času, trval plných 90 sekund a změnil rychlost sondy vůči kometě o 9,3 cm/s.

V následujících dnech provedla letová kontrola ještě několik drobných zážehů kvůli zachování požadované dráhy – ty však směr ani rychlost sondy výrazně neovlivní.



Korekční manévr z 31. 10. byl v pořadí druhým zásadním přesměrováním, jehož parametry byly stanoveny dlouho dopředu (včetně kalkulací palivových zásob). Jeho cílem bylo navést sondu na vzdálenější dráhu přibližně 30 km od jádra. Na té sonda setrvá až do ranních hodin 12. listopadu, kdy přibližně dvě hodiny před oddělením modulu dojde k razantní změně směru sondy z důvodu navedení Philae po optimální balistické křivce až na povrch 67P. Pokud vše půjde hladce, tento okamžik by měl nastat přibližně pět minut po půl deváté ráno v případě primární cílové oblasti „J“, nyní pojmenované jako „Agilkia“.

VIDEO – Přistání modulu jako vrchol mise Rosetta







Jak to trefně zhodnotil jeden ze specialistů letového týmu Matt Taylor: „Tento manévr ukončí prvenství Rosetty v nejtěsnějším přiblížení umělého tělesa ke kometě, jehož rekordní vzdálenost byla pod deset kilometrů.“ (Pokud se v případě takto nepravidelného objektu dá mluvit o vzdálenosti od středu.) Tato blízká oběžná dráha byla zvolena proto, aby mohla Rosetta pořídit co nejdůkladnější fotografie povrchu, ale i další palubní detektory prováděly řady fyzikálních a chemických rozborů.

Druhý stejně dramatický manévr proběhne zhruba 40 minut po první změně dráhy 12. listopadu. Ten má za cíl odchýlení dráhy sondy z blízkosti jádra. V době mezi oběma příkazy ke změně trajektorie by se měl přistávací modul oddělit od mateřské sondy. V tu dobu už bude mít sonda takřka pětkrát větší rychlost relativně k 67P, než tomu bylo v minulých týdnech.

Korekce navede sondu ze vzdálenosti 22,5 km na dráhu, kdy proletí pouhých 5 km od komety. Oddělení modulu proběhne ve vzdálenosti 22 km od jádra v 08:35 (potvrzení by mělo dorazit k pozemním sledovacím stanicím kolem 09:03 našeho času). Zatímco přistávací modul se bude blížit k povrchu jádra, Rosetta započne další sadu náročných korekčních manévrů nutných nejen k tomu, aby minula jádro v bezpečné vzdálenosti, ale aby byl v dalších dnech a hodinách zajištěn vizuální a rádiový kontakt Philae se samotnou sondou.

VIDEO – Manévry sondy Rosetta v době před oddělením Philae a poté







Po dlouhých a urputných debatách bylo cílové místo vybráno jako primární oblast přistání. Nelze se asi divit tomu, že mnozí zúčastnění brali spory dost osobně – inu na kometě jsme ještě nikdy měkce nepřistáli a vědci jsou koneckonců taky lidi. Navíc v případě tak členitého a rozeklaného tělesa, jakým kometa Čurjumov-Gerasimenko bezesporu je, existují desítky pohledů na problém – a zdaleka nejen ten vědecký, ale také technický (co je vlastně fyzikálně možné) či bezpečnostní. Jak to neoficiálně pojmenoval jeden z účastníků: Byla to velká a zdlouhavá tahanice.

Primární oblast Agilkia byla vybrána z několika důvodů. Jednak jde o relativně rozlehlou oblast (cca 200 x 400 m) kde místní převýšení nepřesahují úhel 30º vůči povrchu (při strmějším terénu by mohlo dojít k převrácení modulu „vzhůru nohama“, což by znamenalo konec mise). Další výhodou je menší množství objemných balvanů než třeba v oblasti B, ve které se jich nachází až 350. A v neposlední řadě bylo při volbě místa přistání potřeba zohlednit energetický cyklus napájení modulu (viz dále).

V průběhu října vypočítaly vědecké týmy všechny potřebné parametry pro přistání na obou lokacích. Výsledkem byly dva rozsáhlé operační scénáře – jeden pro hlavní a druhý pro záložní místo.

Zvětšit obrázek Hlavní kontrolní centrum mise Rosetta. Kredit: ESA-J.Mai. Zdroj

V případě finální primární varianty přistání dojde k oddělení modulu přibližně v 9:35 středoevropského času ve vzdálenosti 22 km od jádra komety. Samotná přistávací fáze Philae bude trvat přibližně sedm hodin. Takže potvrzení o dosednutí by měly pozemní stanice obdržet kolem páté hodiny odpolední.

(V případě záložního místa by oddělení modulu nastalo ve 14:04 ve vzdálenosti 12,5 km od centra komety. Přistání by nastalo o čtyři hodiny později, tj. v 18:30 našeho času.)

Skutečné časy se samozřejmě mohou lišit od původně uvedených údajů. A navíc musíme započítat zpoždění signálu díky vzájemné vzdálenosti Země a komety 67P, které bude 12. listopadu dělat 28 minut a 20 sekund, a na stránkách ESA už je zahrnuto.

Příkazy „pokračovat/přerušit“ a živé webové vstupy

Příkazové sady Go/No-Go se uskutečňují v dopředu stanovených časových intervalech, kdy budou letoví odborníci posuzovat momentální stav sondy a shodnou se na tom, že má mise pokračovat, nebo má být z jakýchkoli důvodů přerušena. Následně buď odešlou patřičné série příkazů sondě, nebo celý proces pozdrží.

První nastane už v úterý 11. 11. od 20:00 do 20:35 našeho času. Další tři proběhnou v noci z úterý na středu. Páté Go/No-Go rozhodování už se bude týkat oddělení modulu Philae od mateřské sondy a začne po sedmé hodině ranní. Spolu s ním začíná i první přímý webový přenos. Opět je potřeba upozornit, že časování a vlastně samotné uskutečnění přenosu bude záviset na událostech předchozí noci.

Pátá příkazová sada je kritická, proto bude tým sondy několikrát nezávisle kontrolovat telemetrická data, která musí být pouze v určitém malém rozptylu. Po jeho překročení by totiž hrozilo, že modul přistane mimo vytyčenou oblast a v důsledku nerovností terénu by došlo k havárii Philae.

Rosetta by se měla ve správný čas nacházet v přesně stanovené vzdálenosti od jádra a pohybovat se předem určenou rychlostí.

Zároveň by měly být hodnoty všech odchylek od ideálního směru či rychlosti minimální, neboť každá taková chyba narůstá s časem, a toho bude v rámci sestupné fáze modulu skutečně hodně – více než sedm hodin. Díky výše zmíněné časové prodlevě jakéhokoli signálu mezi kometou a Zemí nebude možno upravovat parametry dráhy modulu Philae. Dodejme tedy, že operační tým v Darmstadtu potřebuje taky nutnou dávku štěstí. Případné dosednutí landeru do nepříznivého terénu nemohou už nijak ovlivnit. Ale i s tím musíme u takto přelomové mise počítat.

Pokud vše proběhne bez technických problémů, další přímý vstup bude následovat v 09:30 a měl by trvat do 10:10. Philae by se měl oddělit v 10:03 našeho času. V jednu odpoledne bude následovat vstup, ve kterém bychom se měli dozvědět více o jednotlivých detektorech a některých naměřených hodnotách. Od 15. hodiny je naplánován velký slavnostní přenos, plný oficiálních proslovů se spoustou elegantních lidí v dobře střižených oblecích. Ten samozřejmě rovněž proběhne jen za podmínek, že vše poběží jako na drátku. Jelikož bude samotný sestup Philae trvat sedm hodin, měli bychom se potvrzení dosednutí dozvědět právě v době tohoto přenosu, a to někdy kolem 17:03 našeho času.



Stáhnout Podrobná časová osa operačních povelů landeru Philae ke stažení zde.

Následovat budou rozhovory s vědci a odborníky a ve středečním večerním vstupu (18:45 – 19:15) už by nám měl francouzský specialista Jean-Pierre Bibring prezentovat první snímky zařízení CIVA, tou dobou můžeme očekávat rovněž záběry zařízení OSIRIS na palubě mateřské sondy.

A abychom měli výčet živých vstupů kompletní, nesmíme zapomínat na čtvrteční – ten by měl začít v 15 hodin a budou nás v něm odborníci z letové kontroly v Darmstadtu informovat o událostech za uplynulých 24 hodin. Po celou dobu by se novinky měly objevovat i na oficiální stránce http://blogs.esa.int/rosetta







Zvětšit obrázek Popis změn dráhy sondy od konce října do začátku prosince. Kredit: ESA. Zdroj



Kontakt s povrchem komety 67P

Není potřeba dodávat, že jak odborníci, tak i laická veřejnost se nejvíc těší na moment, kdy modul potvrdí, že je bezpečně na povrchu. Půjde o historický moment plný emocí, který zřejmě bude ještě dramatičtější než fenomenální přistání Curiosity na povrchu rudé planety před dvěma lety. Lidstvo poprvé v dějinách měkce přistane na povrchu komety! A zároveň to bude znamenat završení celoživotní práce některých členů mise. Od návrhů a počátků plánování této mise totiž uběhne už skoro čtvrt století. Pokud vše půjde podle plánu, bude to triumfální počin lidstva na cestě za výzkumem vesmíru a zároveň velká satisfakce pro tisíce lidí, kteří se celého programu za všechna ta léta účastnili.

Gravitační působení komety Čurjumov-Gerasimenko

To, co by pro imaginární kosmonauty dovádějící (s nutnou dávkou opatrnosti) na povrchu komety znamenalo rozmařilé hrátky, při kterých by jim k rozličným artistickým výkonům postačilo odrážení se konečky prstů od povrchu, dělá vrásky letové kontrole týmu ESOC.

Gravitační působení komety 67P je desettisíckrát až stotisíckrát slabší než na povrchu Země. Dokonce mnohem menší než na povrchu průměrného asteroidu. Ten sice může kometa trumfnout velikostí, ale zdaleka ne hustotou. Převážně bývají vlasatice velmi porézní, takže jejich celková hmotnost je menší.

Zvětšit obrázek Oblast přistání modulu Agilkia kamerou NavCam z 6.listopadu. Kredit: ESA/Rosetta/NavCam. Zdroj

Stokilový modul Philae tak bude na povrchu 67P vážit asi tolik, co korunová mince na zemském povrchu. Už jeho kinetická energie by stačila k tomu, aby se od jádra odrazil a celá mise tak skončila dříve, než by mohla začít. Proto se o jeho fixaci na povrch po dosednutí stará dokonce několik zařízení.

Philae: „3, 2, 1, JSEM NA POVRCHU!“

O dosednutí se primárně starají tři teleskopická ramena, která působí na podobném principu jako tlumiče automobilu – mají absorbovat většinu energie dopadu, která bude i přes nízkou relativní rychlost modulu k povrchu jádra (několik cm/s) dostatečně velká na katapultování tělesa zpět do kosmického prostoru.

Na styčných plochách ramen přistávací trojnožky jsou proto ještě umístěny speciální vrtáky využívající pouze kinetické energie dosedajícího modulu. Senzory v ramenech je v momentě dosednutí roztočí a vystřelí rychlostí 324 km/h do hloubky 10 cm pod povrch.

Na horní straně modulu (relativně k povrchu přistání) mezi plochami slunečních kolektorů se rovněž nachází malá pomocná tryska o nevelkém výkonu, která modul přitlačí k povrchu. Bude zažehnuta při kontaktu s jádrem a poběží po dobu přibližně jedné minuty po dosednutí.

Ale ani soubor těchto opatření ještě expertům ESA nestačil. Specialisté ještě vyvinuli podpůrný systém dvou harpun z mědi a berylia, které jsou k modulu fixovány kevlarovým lanem a dostanou signál k vystřelení v momentě touchdownu. Jsou schopny proniknout až 2 metry (!) pod povrch – ovšem jen v případě, že by byl velmi sypký a pevnější vrstvy by se nacházely ve větších hloubkách.

Tah na ně vyvíjený nebude vzhledem k nízké gravitaci velký – činí přibližně 15 N, což je síla, kterou musíte vynaložit na zatažení rolet. Ale pořád velkou neznámou je povrch jádra: Bude to jemný prachový povrch (jehož konzistence je daleko jemnější než u prachu, který vám pravidelně znečišťuje byt)? Či led, nebo směska materiálu, který by se dal připodobnit k pozemskému štěrku? Nebude zrovna pod tělem modulu balvan? Nebo pevné podloží pod nánosem jemného prachového materiálu? Bude mít povrchová vrstva prachu tloušťku metr, či pět, nebo to bude jen tenká vrstva na měkkém podloží?

Součástí harpunových hrotů jsou čtyři sedmicentimetrové paprsky, které se po dopadu na povrch rozevřou v protisměru impaktu – jde vlastně o podobný systém, jakým naši předci ještě v nedávných dobách opatřovali hroty šípů a dalších bodných zbraní, aby bylo jejich zpětné vyjmutí z těla co nejtěžší (omlouvám se za tuto krutou analogii).

Takže pojďme raději zpět k Philae. Tento „harpunový“ systém byl od počátku zdrojem lítých sporů uvnitř technického týmu, proto bylo nutno jej odzkoušet, což dělalo v podmínkách naší domovské planety snad ještě větší problém. Jaký materiál má být zvolen, abychom alespoň zčásti dosáhli napodobení podmínek na povrchu 67P?

Jako alternativa nakonec posloužila sada dřevěných beden naplněných sypkou směsí granulovaného materiálu na bázi polystyrenu s pevnějším dnem, které mělo prověřit, že se harpuny i po proniknutí sypkým povrchem dokážou zachytit v pevnějším podloží. Testy dopadly na výbornou, ale láhev šampaňského radši do středečního podvečera ponechte v lednici. Laboratorní testy – byť prováděné za přítomnosti největších odborníků – jsou jedna věc. Samotné přistání už druhá. Z jednoho v3ak nemůžeme vědecký tým v případě neúspěchu obviňovat. A to z podcenění přípravy.

Režimy energetického napájení Philae

Zvětšit obrázek Postupné spouštění experimentů před a po dosednutí. Kredit: ESA/ATG . Zdroj

Napájení je rozděleno do dvou fází: První zahrnuje tzv. autonomní napájení pomocí primárních baterií, které vydrží zásobovat přístroje modulu jen po dobu prvních 65 hodin. Poté dojde k aktivaci solárních panelů. Ty budou nabíjet sekundární záložní baterie o výkonu pouhých 10 Wattů, proto při volbě místa přistání preferovali vědci od začátku tu část povrchu, kde dochází k pravidelnému střídání světla a tmy. Tím je zajištěno jak pravidelné dobíjení sekundárních baterií slunečními panely, tak rovněž i chlazení vědeckých přístrojů. Solární panely jsou po skoro celém povrchu modulu a budou snad schopny zásobovat modul energií ještě dalších pár měsíců – vše samozřejmě závisí na budoucí aktivitě komety.







Měření, experimenty, věda…

Po dobu separace od Rosetty a při přistání už budou probíhat v omezené míře některé experimenty. Například kamera ROLIS ve spodní části modulu pořídí několik snímků pár hodin před dosednutím a odešle je orbiteru, který je následně přesměruje k pozemním stanicím. Připomeňme jen, že veškerá komunikace modulu se Zemí bude probíhat přes domovskou sondu. Philae má na horní straně (vůči povrchu komety) dvojici radiopřijímačů a vysílačů, jež se starají o komunikaci s Rosettou.

Zařízení ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer & Plasma Monitor) bude měřit magnetické pole jádra, to pomůže i při správné orientaci landeru vůči povrchu. Rovněž aktivní bude i experiment CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission), který spolu s radiodetektory domovské sondy měří vnitřní strukturu komety. Aktivován by měl být COSAC (Cometary Sampling and Composition experiment), jehož úkolem je hledání komplexních organických molekul.

Na palubě Philae se nachází deset zařízení pro měření všemožných vlastností komety a podrobné seznámení s jejich funkcí není cílem tohoto článku, neboť by neúměrně narůstala jeho délka. Jednak už se informace o nich objevily v předchozích textech, ale určitě se jim budeme věnovat v samostatném článku, neboť v příštích týdnech budeme doslova bombardováni výsledky jejich měření. Podrobnou časovou osu spouštění jednotlivých experimentů naleznete na dvou přiložených obrázcích. Krátký přehled detekčních zařízení (a jejich aktivace při a po přistání modulu) najdete v přiloženém videu, jako rovněž na adrese: http://blogs.esa.int/rosetta/2014/04/29/a-tweeters-guide-to-philaes-instruments/

Zatím je přislíbeno financování projektu až do září příštího roku, tedy alespoň samotné sondy. Nikdo nemůže odhadnout, jak ovlivní vzrůstající povrchová aktivita funkčnost modulu Philae. Nakolik už silné prachoplynové gejzíry vůbec umožní datový přenos mezi sondou a Philae. Ale pokud to jen podmínky dovolí, budeme 67P sledovat až do oblasti perihelia, které nastane za necelý rok. Dokud to bude možné díky fyzikálním podmínkám či stavu solárních panelů a následně sekundárních baterií, bude v příštích měsících každý druhý den probíhat odesílání naměřených dat a další komunikace s modulem po dobu alespoň jedné hodiny. Takový je plán do května 2015, kdy už zřejmě teplota na povrchu jádra neumožní další měření.

Živý přenos na www.esa Živý přenos budeme moci sledovat na adrese :

http://www.esa.int/About_Us/ESOC



V průběhu dne budeme na oslovi odkazovat na nejdůležitější informace z českých stránek kosmonautix.cz a astro.cz a také na zajímavosti přímo od pramene (ESA).



VIDEO – Kontakt modulu s povrchem 67P a začátek experimentů



Zdroje: http://blogs.esa.int/rosetta/2014/11/07/rosetta-and-philae-landing-timeline/

http://blogs.esa.int/rosetta/2014/11/07/landing-operations-the-most-critical-moments-you-should-watch-for/

http://www.nasa.gov/jpl/rosetta-races-toward-comet-touchdown/index.html#.VFz_fCLF-YA

http://blogs.esa.int/rosetta/2014/10/31/rosetta-lined-up-for-lander-delivery/