遠く離れた土地に旅行するときは、注意深く荷物をまとめます。持ち物は包括的でなければなりませんが、負担になるほどではありません。そして、到着したら、長い旅を価値のあるものにするために並外れた何かをする準備をしなければなりません。
以前のスペースマガジンの記事「どのようにして彗星に着陸するのですか？」 67P / Churyumov-Gerasimenkoへのフィラエの着陸技術について説明しました。しかし、着陸船が到着して新しい環境に落ち着いたら、何をしますか？ヘンリーデビッドソローが言ったように、「ザンジバルの猫を数えるために世界中を回るのは価値がありません。」ロゼッタ着陸船フィラエと一緒です。ステージセット-着陸場所が選択され、着陸日が11月11日であるフィラエの着陸船には、慎重に考え抜かれた科学機器のセットが装備されています。包括的でコンパクトなフィラエは、彗星の最初の現場（現場）検査を行うためのスイスアーミーナイフのようなツールです。
次に、約15年前に選択されたフィラエの科学機器について考えてみましょう。ちょうど良い旅行者と同じように、旅行中に詰めて運ぶことができる楽器の選択に対する制約として機能する予算を設定する必要がありました。最大重量、最大体積、パワーがありました。フィラエの最終質量は100 kg（220ポンド）です。体積は1×1×0.8メートル（3.3×3.3×2.6フィート）で、4つのバーナーオーブンレンジのサイズとほぼ同じです。ただし、フィラエは到着時に少量の蓄えられたエネルギーで機能する必要があります：1000ワット時（100ワットの電球が10時間稼働するのに相当）。その電力が排出されると、ソーラーパネルから最大8ワットの電力が生成され、130ワット時のバッテリーに蓄えられます。
フィラエの設計者たちは、偶然に着陸してより多くの電力を生み出すという保証はありませんでしたが、彗星に降りる前に、主要な宇宙船太陽電池アレイ（64平方メートル）によって一度だけ充電される高容量バッテリーを提供しました。フィラエ搭載の初期の科学コマンドシーケンスとロゼッタから保存されたバッテリー電力により、フィラエは、フォレンジック分析とは異なり、彗星の「解剖」を行うために分析を開始するために時間を無駄にしません。その後、彼らは充電に少なくとも16時間かかるが、フィラエが67P / Churyumov-Gerasimenkoを数ヶ月間研究することを可能にする、より小さなバッテリーを利用します。
フィラエ着陸船には10個の科学機器パッケージがあります。機器は、吸収、散乱、放出された光、導電率、磁性、熱、さらには音響を使用して、彗星の特性を分析します。これらの特性には、表面構造（表面材料の形態と化学的構成）、P67の内部構造、および表面上の磁場とプラズマ（イオン化ガス）が含まれます。さらに、フィラエには1つの楽器用のアームがあり、フィラエ本体はZ軸を中心に360度回転できます。フィラエをサポートし、インパクトダンパーを含むポスト。
CIVAおよびROLIS イメージングシステム。 CIVAは、一部のハードウェアをROLISと共有する3台のカメラを表しています。 CIVA-P（パノラマ）は、フィラエボディの周りに配置された7台の同一のカメラですが、2台がタンデムでステレオイメージング用に機能します。それぞれに60度の視野があり、1024×1024 CCD検出器として使用されます。ほとんどの人が思い出せるように、デジタルカメラは過去15年間で急速に進歩しました。フィラエのイメージャーは最先端の技術に近い1990年代後半に設計されましたが、今日では、ほとんどのスマートフォンでピクセル数を超えています。ただし、ハードウェアに加えて、ソフトウェアでの画像処理も進歩しており、画像を拡張して解像度を2倍にすることができます。
CIVA-Pには、最初の自律コマンドシーケンスの一部として、着陸地点全体を調査するという即時のタスクがあります。それは他の機器の配備に不可欠です。また、フィラエ体のZ軸回転を利用して調査します。 CIVA-M / Vは微視的な3色イメージャー（7ミクロンの解像度）で、CIVA-M / Iは近赤外分光計（波長範囲1〜4ミクロン）で、配信される各サンプルを検査します。サンプルを加熱する前のCOSAC＆PTOLEMYオーブン。
ROLISは1台のカメラで、1024×1024のCCD検出器を備えています。主な役割は、降下期に着陸地点を調査することです。カメラは固定されており、57度の視野を持つf / 5（f比）フォーカス調整レンズで下向きになっています。降下中は無限に設定され、5秒ごとに画像を撮影します。その電子機器はデータを圧縮し、Rosettaに保存および送信する必要のあるデータ全体を最小化します。タッチダウンの直前にフォーカスが調整されますが、その後、カメラはマクロモードで機能し、フィラエの真下にある彗星を分光学的に調査します。フィラエ体の回転により、ロリスの「ワーキングサークル」が作成されます。
ROLISのマルチロール設計は、科学者とエンジニアがどのように連携して全体的に重量、体積、および電力消費を削減し、フィラエを可能にし、ロゼッタとともに、ロケットのペイロード制限、ソーラーの電力制限に適合するかを明確に示していますセルとバッテリー、コマンドおよびデータシステムと無線送信機の制限。
APXS。 これは アルファ陽子X線分光計。これは、宇宙科学者のスイスアーミーナイフのほぼ必需品です。 APXS分光計はすべての火星探査機ミッションで共通の備品になり、フィラエは火星パスファインダーのアップグレードバージョンです。 APXS設計の遺産は、アーネストラザフォードなどによる初期の実験であり、原子の構造と光と物質の量子的性質の発見につながりました。
この装置には、操作に不可欠な小さなアルファ粒子放出源（キュリウム244）があります。アルファ粒子のラザフォード後方散乱の原理は、水素やベリリウム（質量でアルファ粒子に近いもの、ヘリウム核）などの軽い元素の存在を検出するために使用されます。そのような軽い元素粒子の質量は、弾性衝突中にアルファ粒子から測定可能な量のエネルギーを吸収します。ラザフォードの後方散乱で180度付近で起こるように。ただし、一部のアルファ粒子は、材料の核によって反射されるのではなく吸収されます。 Alpha粒子の吸収により、測定可能な運動エネルギーで陽子が放出されます。これは、（彗星物質の）元の元素粒子にも固有です。これは、マグネシウムや硫黄などのより重い元素を検出するために使用されます。最後に、対象の物質の内殻電子は、アルファ粒子によって放出されます。外殻からの電子がこれらの失われた電子と置き換わると、それらはその素粒子に固有の比エネルギー（量子）のX線を放出します。したがって、鉄やニッケルなどのより重い元素を検出できます。 APXSは、20世紀初頭の素粒子物理学の具現化です。
CONSERT。 電波伝送によるCOmet核探査実験は、その名前が示すように、電波を彗星の核に送信します。ロゼッタオービターは90 MHzの電波を送信し、同時にフィラエは地表に立ってそれらの間に彗星が存在する状態で受信します。したがって、彗星を通過する時間と電波の残りのエネルギーは、電波が伝搬した材料の特徴です。彗星の内部構造を決定するには、CONSERTによるさまざまな角度からの多くの無線送受信が必要になります。これは、頭を左右にパンしてシルエットがどのように変化するかを観察することで、目の前に立っている影のあるオブジェクトの形状を感じる方法と似ています。完全にあなたの脳はオブジェクトの形を知覚します。 CONSERTデータでは、コンピューターを使用した複雑なデコンボリューションプロセスが必要です。彗星の内部が知られている精度は、より多くの測定で向上します。
MUPUS。 表面および表面下の科学のための多目的センサー は、彗星の表面と表面下の深さ30 cm（1フィート）までのエネルギーバランス、熱的および機械的特性を測定するための一連の検出器です。 MUPUSには3つの主要な部分があります。ペネトレーターチューブであるペンがあります。 PENは、本体から最大1.2メートル伸びるハンマーアームに取り付けられています。それは、PENを貫通して表面の下に埋めるのに十分な下向きの力で展開します。複数のハンマーストロークが可能です。 PEN（ペネトレーターチューブ）の先端またはアンカーには、加速度計と標準のPT100（白金抵抗温度計）があります。一緒に、アンカーセンサーは着陸地点での硬度プロファイルと最終深度での熱拡散率を決定する[参考]。それが表面を貫通するとき、多少の減速は、より硬いまたはより柔らかい材料を示します。 PENには、表面下の温度と熱伝導率を測定するために、その長さに沿って16個の熱検出器のアレイが含まれています。 PENには、彗星物質に熱を伝達し、その熱力学を測定するための熱源もあります。熱源をオフにすると、PENの検出器は、彗星が太陽に近づき、熱くなるときに、その彗星の温度とエネルギーのバランスを監視します。 2番目の部分は、表面の熱力学を測定するPENの上の放射計であるMUPUS TMです。 TMは、6〜25 µmの波長範囲をカバーする光学フィルターを備えた4つのサーモパイルセンサーで構成されています。
SD2 サンプルドリルおよび分配デバイスは、表面および表面下を20 cmの深さまで貫通します。取り出された各サンプルは、体積が数立方ミリメートルで、カルーセルに取り付けられた26のオーブンに分配されます。オーブンはサンプルを加熱してガスを生成し、ガスはクロマトグラフとCOSACとPTOLEMYの質量分析計に送られます。 APXSおよびROLISデータの観察と分析を使用して、フィラエの体のZ軸周りの回転から「ワーキングサークル」上にあるサンプリング位置を決定します。
COSAC 彗星のサンプリングと構成 実験。私が見た最初のガスクロマトグラフ（GC）は大学の研究所にあり、研究所のマネージャーが地元の警察をサポートする法医学検査に使用していました。フィラエの目的は、地球から何億マイルも離れた彗星に対して法医学的テストを実行することに他なりません。フィラエは事実上シャーロックホームズのスパイグラスであり、シャーロックは地球に戻ったすべての研究者です。 COSACガスクロマトグラフには質量分析計が含まれており、彗星物質を構成する元素や分子、特に複雑な有機分子の量を測定します。最初に目にしたラボのGCはフィラエのサイズに近かったのですが、フィラエの2つのGCはほぼ靴箱のサイズです。
プトレミー。 Evolved Gas Analyzer [ref]、異なるタイプのガスクロマトグラフ。プトレマイオスの目的は、同位体比を導出するために特定の同位体の量を測定することです。たとえば、同位体C12とC13の比率は2です。定義により、元素の同位体は同じ数の陽子を持っていますが、核の中性子の数は異なります。 1つの例は、炭素の3つの同位体、C12、C13、およびC14です。数は中性子の数です。一部の同位体は安定していますが、他の同位体は不安定である可能性があります–放射性で、同じ元素の安定した形または他の元素に崩壊します。プトレマイオスの研究者にとって興味深いのは、元素H、C、N、O、S、特に炭素の安定同位体（放射性崩壊の影響を受けない、または放射性崩壊の結果ではない）の同位体の比率です。比率は、彗星がどこでどのように作成されるかを示す明確な指標になります。これまで、同位体比を決定するための彗星の分光測定は遠方から行われており、精度は彗星の起源、および彗星が惑星の作成と太陽系星雲の進化にどのようにリンクされているかについて確固たる結論を出すには不十分でした。私たちの星である太陽を取り巻く惑星系の発祥の地。進化したガス分析装置は、サンプルを加熱（〜1000 C）して、材料を気体状態に変換し、分光計が非常に正確に量を測定できるようにします。同様の機器であるTEGA（Thermal Evolved Gas Analyzer）は、火星フェニックス着陸船の機器でした。
ゴマ 表面電気探査および音響モニタリング実験この機器には、3つの独自の検出器が含まれます。 1つ目は、音響検出器であるSESAME / CASSEです。フィラエの各着陸足には、アコースティックエミッターとレシーバーがあります。各脚は交互に音波（100ヘルツからキロヘルツの範囲）を他の脚のセンサーが測定する彗星に送信します。通過する彗星物質によってその波がどのように減衰、つまり弱められ、変換されるかは、フィラエの楽器から得られた他の彗星特性とともに使用して、彗星の構造の毎日および季節変動を深さ約2に決定できます。メートル。また、パッシブ（リスニング）モードでは、CASSEは、太陽熱とガス放出によるストレスによって潜在的に引き起こされる彗星内部のきしみ、うなり声からの音波を監視します。
次はSESAME / PP検出器–誘電率プローブです。誘電率は、材料が電界に対して持っている抵抗の尺度です。 SESAME / PPは、振動する（正弦波）電場を彗星に送り込みます。フィラエの足はレシーバー、つまり電極と電界を放出するACサインジェネレーターを支えています。このようにして、彗星物質の約2メートルの深さまでの抵抗が測定され、彗星のもう1つの本質的な特性である誘電率が提供されます。
3番目の検出器はSESAME / DIMと呼ばれます。コメットダストカウンターです。これらの機器の説明を編集するために使用された参照がいくつかありました。この楽器には、私が呼んでいる美しい説明があり、これを参考にここで簡単に引用します。 「ランダーバルコニー上部のダストインパクトモニター（DIM）キューブは、3つのアクティブな直交（50×16）mmピエゾセンサーを備えたダストセンサーです。過渡ピーク電圧と半分の接触時間の測定から、衝突するダスト粒子の速度と半径を計算できます。半径が約0.5 µmから3 mmで、速度が0.025–0.25 m / sの粒子を測定できます。バックグラウンドノイズが非常に高い場合、またはバースト信号のレートや振幅が高すぎる場合、システムは自動的にいわゆる平均連続モードに切り替わります。つまり、ダストフラックスの測定値を示す平均信号のみが取得されます。」 [参考]
ROMAP ロゼッタランダー磁力計とプラズマ 検出器には、3番目の検出器である圧力センサーも含まれます。いくつかの宇宙船は、彗星と固有の磁場によって飛んでおり、彗星の核（本体）によって作成されたものは検出されていません。固有の磁場が存在する場合、それは非常に弱い可能性が高く、表面への着陸が必要になります。 1つを見つけることは異常であり、彗星に関する理論を彼らの頭に向けるでしょう。低く見ればフィラエにはフラックスゲート磁力計があります。
私たちを取り巻く地球の磁場（B）は、数万のナノテスラ（SI単位、テスラの10億分の1）で測定されます。地球のフィールドを超えて、惑星、小惑星、彗星はすべて太陽の磁場に浸されています。磁場は地球の近くで、5から10ナノテスラの1桁で測定されます。フィラエの検出器の範囲は+/- 2000ナノテスラです。ちょうど良い範囲ですが、フラックスゲートによってすぐに提供されます。感度はnanoTeslaの1/100です。 ESAとRosettaが準備されました。磁力計は、そこにある場合、非常に微小な磁場を検出できます。次に、プラズマ検出器について考えてみましょう。
宇宙のダイナミクスの多くは、プラズマと電離ガス（一般に1つ以上の電子が欠落しているために正の電荷を運ぶ）と磁場の相互作用を伴います。彗星もそのような相互作用を含み、フィラエはプラズマ検出器を搭載しており、電子と正に帯電したイオンのエネルギー、密度、方向を測定します。アクティブな彗星は、本質的に中性ガスと小さな固体（ダスト）粒子を宇宙に放出しています。太陽の紫外線は、彗星の尾の彗星ガスを部分的にイオン化、つまりプラズマを作り出します。プラズマの熱さや密度に応じて、彗星核から少し離れたところに、太陽の磁場と尾のプラズマの間に距離があります。太陽のBフィールドが、彗星の尾の周りを覆っています。これは、ハロウィーンのトリックまたはトリーターに掛けられた白いシートのようなものですが、目の穴はありません。
そのため、P67の表面では、フィラエのROMAP / SPM検出器、静電分析器、およびファラデーカップセンサーが、それほど空いていない空間の自由電子とイオンを測定します。 「冷たい」プラズマが彗星を取り囲んでいます。 SPMは、40〜8000電子ボルト（eV）の範囲のイオン運動エネルギーと0.35 eV〜4200 eVの電子を検出します。最後に重要なことですが、ROMAPには、非常に低い圧力を測定できる圧力センサーが含まれています。これは、地球での気圧の100万分の1または10億分の1以下です。表面近くの主に中性のガスをイオン化し、生成される電流を測定するペニング真空ゲージが使用されます。
フィラエは、10個の機器スイートを67P / Churyumov-Gerasimenkoの表面まで運びますが、10個は全部で15種類の検出器を表します。いくつかは相互依存しています。つまり、特定のプロパティを導出するためには、複数のデータセットが必要です。フィラエを彗星の表面に着陸させると、彗星の多くの特性を最初の時間やその他の特性を大幅に高い精度で測定できます。全体として、科学者は彗星の起源と太陽系の進化へのそれらの貢献を理解することに近づくでしょう。
