Leszállni készül a Philae: történelmi landolás, magyar részvétellel

Mérföldkő a Naprendszer kutatásában: a Rosetta szonda leszállóegysége, a Philae hamarosan megveti lábát az üstökösön. Nemcsak a környezetét és a felszínét, hanem a belsejét is alaposan szemügyre veszi.

A Rosetta űrszondának eddig minden sikerült. Tízévi utazás után, augusztus 6-án megérkezett a Csurjumov–Geraszimenko-üstököshöz. Lélegzetelállítóan izgalmas képeket készített a különös alakú magról. Ezek elemzése alapján kijelölték azt leszállóhelyet, ahová leereszkedik a Rosetta által szállított leszállóegység, a Philae. Ilyen manőverre még nem volt példa az űrkutatás történetében.

Landolás november 12-én

A Philae a tervek szerint november 12-én, magyar idő szerint délelőtt 9:35-kor válik le a Rosettáról, az üstökös magjától 22,5 kilométerre. A leszállóhely óvatos megközelítése 7 órát vesz igénybe. Az üstökös nagy távolsága miatt a rádiójelek közel fél óra alatt érkeznek meg a Földre. A remélhetőleg sikeres leszállásról szóló első jelzéseket tehát délután 5 óra körül foghatják az irányítók. Természetesen a leszállóegység műszerei a 7 órás manőver közben is működnek, így az adatok leszállás közben is érkeznek.

November 12-ig egyébként még bármi történhet az egyre aktívabb üstökösön, így az is előfordulhat, hogy az utolsó pillanatban mégis a tartalék leszállóhely mellett döntenek a repülésirányítók.

Miért landolnak?

A Rosetta küldetésének fontos része a leszállás az üstökös magjára. Az üstökösök a Naprendszer ősi, keletkezése óta érintetlen (vagy legalábbis alig változott) anyagát hordozzák, így vizsgálatuk közelebb vihet a Naprendszer múltjának felderítéséhez. Üstökösöket már korábban is megközelítettek űreszközökkel, ilyen alapos, másfél éven át tartó vizsgálatra azonban még soha nem került sor. Ugyancsak első ízben fordul majd elő az űrkutatás történetében, hogy leszállóegység ereszkedjék egy üstökös magjára, a helyszínen a fizikai és kémiai viszonyok még részletesebb tanulmányozását téve lehetővé.

Fantáziarajz az üstökös felszínét megközelítő Philae-ről. A kiválasztott leszállóhelyre hét óra hosszat tart majd a leszállás Forrás: ESA

Hogyan landolnak?

A Rosetta már pályára állt az üstökös magja körül. Ehhez mintegy 30 km-re kellett megközelítenie az égitestet, mert nagyobb távolságban a 4 km-es, szabálytalan alakú mag gravitációja túl gyenge volt ahhoz, hogy maga körül tartsa az űreszközt. A leszállásig hátralévő hetekben a pálya magasságát 20, sőt, akár 10 kilométerre is csökkenthetik, ha a körülmények megengedik.

A keringőegység fő feladata az üstökösrandevú utáni első négy hónapban a pontos térképezés és a navigációhoz szükséges információk megszerzése. Ennek alapján választották ki a leszállóhelyet. Szeptember 26-ra elkészítik a leszállás részletes navigációs tervét. A leszállást három körülmény nehezíti: a nagyon gyenge gravitációs tér, az égitest szabálytan alakja és az, hogy az üstökös már éledezik, ezért a fokozódó gázkiáramlás könnyen odébb sodorhatja a kitárt napelemtáblákkal ehhez kiváló célpontot nyújtó Rosettát.

A Philae szerelése az ESA ESTEC űrközpontjában. Az előtérben látható aranyszínű tartály 3,3 liter nitrogént tartalmaz, ezt használja az a hajtómű. Forrás: ESA

Más égitestekre történő leszállásnál a technikai kihívást az jelenti, hogy a nagy sebességgel érkező űreszközt le kell fékezni. A Philae a gyenge gravitáció miatt lassan közelíti meg az üstököst, viszont gondoskodni kell arról, hogy a felszínen maradhasson. Erre a célra horgonyszerű rögzítőszerkezetet terveztek.

Könnyebbség, hogy biztonságos leszállóhelyet kerestek a mag felszínén. A környéken a lejtők meredeksége sehol nem éri el a 30 fokot, ezért kicsi a veszélye annak, hogy a leszállóegység felborul.

Leszállás közben

A Philae tömege 100 kg, ebből 21 kg a tíz tudományos műszer. A Philae elkészítését a Német Űrügyökség (DLR) irányította, a munkába osztrák, finn, francia, magyar, ír, olasz és brit kutatók és mérnökök kapcsolódtak be. A kutatók reményei szerint a Philae kívül-belül alaposan megvizsgálja az üstökös magját, miközben maga a Rosetta további 13 hónapon át, 2015 végéig folytatja az üstökös növekvő (majd jövő augusztus után várhatóan csökkenő) aktivitásának követését.

A tíz műszer közül hét már a Philae leszállása közben is dolgozik. A CIVA kamerával búcsúfotót készít a Rosettáról, majd a ROLIS kamerájával a felszínt fényképezi. Két gázelemzőjével (COSAC és PTOLEMY) a magot körülvevő gázburok, a kóma fizikai és kémiai tulajdonságait vizsgálja. Előbbivel az elemösszetételt méri és a molekulákat azonosítja, különös tekintettel a bonyolult szerves vegyületekre, míg az utóbbival a könnyű elemek izotóp-összetételét méri. Bekapcsolódik a mérésekbe a magnetométerből és plazmavizsgáló részből álló ROMAP, amely ekkor a napszél és az üstökösplazma kölcsönhatását vizsgálja. A SESAME három részből álló műszer két egysége a por mennyiségét és a plazma tulajdonságait. A felszíni vizsgálatokban különösen fontos szerepet játszó CONSERT egyelőre radarral méri a távolságát a felszíntől, valamint letapogatja a felszín felső rétegét.

Közvetlenül a leérkezés utáni pillanatokban a már említett CIVA kamera elkészíti a leszállóhely környékének 360 fokos sztereo panorámaképét. Ez segít pontosan megállapítani a leszállás tényleges helyét. A MUPUS műszer, amelynek érzékelői a Philaét a felszínhez rögzítő horgonyokon helyezkednek el, méri a felszínbe lőtt szigonyok lassulását, amiből az üstököst alkotó anyag mechanikai tulajdonságaira következtethetnek. Bekapcsol a SESAME harmadik egysége is, ez ugyancsak a felszín mechanikai (rugalmas) tulajdonságait méri.

Miután a Philae megfelelően rögzítette magát az üstökösön, elkezdődik az első tudományos méréssorozat, amely mintegy 54 óra hosszat tart. Az első néhány órában előre beprogramozott sorrendben hajtják végre a méréseket. Ekkor a műszerek működéséhez még akkumulátorok szolgáltatják az energiát, de közben már a Philae saját napelemei is működésbe lépnek. Ha az energiaellátó rendszer hibátlanul működik (amit őszintén remélünk, hiszen magyar berendezésről van szó), akkor a Philae akár 2015 márciusáig is folytathatja a helyszíni vizsgálatokat.

A Philae leszállóegység energiaellátó rendszerét a BME Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszéken működő Űrkutató Csoport készítette Forrás: BME

A Philae megvizsgálja a mag belső szerkezetét, rádióhullámokkal átvilágítja a magot, sőt, legalább 20 centiméter mélyen belefúr az égitestbe. Ellenőrzi, nincs-e mágneses tere az üstökösnek. A kutatókat igencsak meglepné, ha lenne, de erről méréssel is meg fognak győződni. Méri a felszín fölött a gáz nyomását, a por eloszlását, valamint a felszín mechanikai, elektromos és termikus tulajdonságait és természetesen a kémiai összetételt.

Magyar közreműködéssel

A Rosetta űrszonda, azon belül pedig elsősorban a Philae leszállóegység elkészítésébe magyar mérnök- és kutatócsoportok is bekapcsolódtak, méghozzá fontos egységekkel. Erről a Rosetta indulásakor részletesen hírt adtunk. A Philae említett energiaellátó rendszere a Budapesti Műszaki Egyetemen készült.

Az ugyancsak már említett ROMAP műszer két vezető kutatójának egyike Apáthy István, az MTA Energiatudományi Kutatóközpont mérnöke. Az MTA EK mérnökei két műszer készítésében vettek részt, az egyik az „egyszerű plazmamonitor”, a másik pedig egy pordetektor, amelyik az üstökösmagból kiáramló, de a felszínre visszahulló porszemcsék mennyiségét fogja mérni.

Az MTA Wigner Kutatóközpont és az SGF Kft készítette a leszállóegység fedélzeti számítógépét és adatgyűjtőjét (CDMS). Korábban már bemutattuk az első képet az üstökös magjáról, amelyet a Philae leszállóegységen lévő francia CIVA kamera készített. Ezt a felvételt a Wigner Kutatóközpont és az SGF kft. által fejlesztett CDMS továbbította a Rosetta anyaszondához, azon keresztül jutott el a Földre. (A Philae még a Rosettához erősítve repül, és ezért láthatók a képen a Rosetta napelemtáblái is.)

Az MTA Wigner Kutatóközpont és az SGF Kft által a Philaéhez készített fedélzeti számítógépét és adatgyűjtő (CDMS) műszaki példánya Forrás: Space and Ground Facilities Ltd.

Apáthy István (MTA EK) az Origónak elmondta, hogy kísérletvezetőként – Magyarországról egyedül – jelen volt, amikor a végleges leszállóhelyet kiválasztották. Szavazati joga is volt, de ezt nem kellett gyakorolnia, mert miután részletesen megismerték az öt leszállóhely-jelölt mellett és ellen szóló érveket, a szakemberek szavazás nélkül, egyhangúlag, szinte közfelkiáltással döntöttek a „J” helyszín mellett. Tudományos szempontból nagyon izgalmas lett volna a „C” terület is, de műszaki okokból ott sokkal nagyobb lett volna a leszállás kockázata.

Az ottani leszálláshoz egy olyan segédfúvókát is használni kellett volna, amelyiket a repülés tíz éve alatt nem volt mód kipróbálni. Nem vállalták annak a kockázatát, hogy a fúvóka esetlen nem működik, és így az egész leszállás kudarcba fullad. Apáthy István a Philaén elhelyezkedő ROMAP műszer egyik vezető kutatójaként azt is elmondta, hogy a műszer mágneses teret mérő részét már bekapcsolták, méghozzá a Rosetta anyaszonda magnetométerével együtt. Az eredmények egyeznek, ami megnyugtató, így biztosak benne, hogy mindkét műszer kifogástalanul működik. Azt majd csak a későbbi adatfeldolgozás fogja kideríteni, hogy az észlelt mágneses térből mennyinek a forrása esetleg az üstökösmag, és mennyi származik az áramló plazmától, illetve a napszéltől és a Naprendszer általános mágneses terétől.

A leszállóegységen lévő ROMAP műszer mérőfeje, a kísérletcsomagba tartozó SPM töltöttrészecske-monitor nagyfeszültségű egységét az MTA EK-ban készítették Forrás: Technische Universität Braunschweig