Komety XXIII aneb "Na kometě"

Poté, co byl v lednu 2003 v důsledku havárie nosiče Ariane 5 ESC-A zrušen plánovaný start ambiciózní evropské mise Rosetta, bylo nutno projekt během jediného roku značně přepracovat. Původní cíl kometa 46P/Wirtanen byl nahrazen jiným - kometou 67P/Churyumov-Gerasimenko1, což si vyžádalo nejen výrazné úpravy v koncepci celé mise, ale také spoustu další práce. Jednak bylo nutno pomocí pozemních i kosmických telekopů důkladně prozkoumat nově zvolený cíl. Za druhé bylo potřeba provést drobné změny a příslušné testy na přistávacím modulu, neboť větší jádro komety 67P způsobí přistání asi dvojnásobnou rychlostí, než se kterou bylo počítáno v případě 46P. Navíc bylo v důsledku zdržení nutno mírně navýšit rozpočet mise, což byl (alespoň z počátku) poměrně klíčový problém vzhledem k finančním potížím ESA. Nakonec se vše podařilo zdárně vyřešit a sonda je připravena ke startu 26. února 2004. Je tedy právě čas si o misi "Nová Rosetta" něco povědět.

Obr. 1: Sonda Rosetta v čelním pohledu. Na před-ní straně těla sondy je umí-stěna vysokozisková para-bolická anténa o průměru 2,2 m sloužící ke komunikaci se Zemí. [2]

Obr. 2: Sonda Rosetta při pohledu zezadu. Na zadní straně těla sondy (naproti vysokoziskové anténě) je umístěn přistávací modul Philae. [2]

Obr. 3: Model jádra komety 67P, který vznikl jako výsledek náročné kampaně sledování komety pozem-ními i kosmickými přístro-ji. Pohledy ze tří stran. [1]

Obr. 4: Detail modulu Philae, jehož úkolem je přistání na povrchu komety 67P. Šipkami je vyznačen brzdící (tlumící) mechanismus a poloha nově vloženého dílu - omezovače náklonu. [1]

Obr. 5: Pouzdro Philae zkoumá povrch jádra komety 67P. Kresba. [1]

Rosetta je třítunová meziplanetární sonda o rozměrech 2,8 x 2,1 x 2,0 m se dvěma solárními panely o celkové ploše 64 m2, které z ní dělají kolos o délce 32 m [1]. Na své palubě nese přistávacího pouzdro Philae ve tvaru kvádru, které je asi metr široké a cca 80 cm vysoké. Během cesty ke kometě 67P/Churyumov-Gerasimenko bude uchyceno na boční straně sondy, která plní funkci jakési mateřské lodi. Mise jako celek je vybavena přístroji pro 21 experimentů (deset z nich je umístěno na palubě přistávacího modulu) a jejím úkolem je studium původu komet a jejich vztahu k mezihvězdnému materiálu s důrazem na výzkum ranných fází vývoje sluneční soustavy. Kromě toho sonda dvakrát prolétne pásem asteroidů a dálkově prostuduje nejméně jednu planetku. O tom, které těleso bude zkoumáno a zda bude jen jedno, ještě nebylo rozhodnuto. Definitivní výběr bude oznámen teprve po startu.

Podle posledních předpokladů by Rosetta měla odstartovat z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guayaně 26. února 2004 v 08:36 SEČ. Přestože byly zvažovány i jiné alternativy, bylo nakonec rozhodnuto, že vypuštění proběhne pomocí původně plánovaného nosiče Ariane 5 staršího typu s označením G+. Letové operace budou řízeny ze střediska v německém Darmstadtu. Jako hlavní zařízení zajišťující komunikaci centra se sondou poslouží parabolická anténa o průměru 35 m instalovaná ESA v západní Austrálii ve městě New Norica poblíž přístavu Perth. Ta umožňuje spojení se sondou na vzdálenost až 1 mld. km. Při největší vzdálenosti mezi sondou a Zemí potrvá signálu let světelnou rychlostí až kolem 50 minut [1].

Sonda Rosetta (ještě spojená s posledním urychlovacím stupněm rakety Ariane) zůstane po startu asi dvě hodiny na parkovací dráze kolem Země, kde bude zkontrolována funkčnost jednotlivých systémů. Po průchodu přízemím - nejnižším bodem orbity ve výšce kolem 200 km nad Zemí - dojde ke zpožděnému zážehu posledního urychlovacího stupně a sonda bude únikovou rychlostí 13,4 km.s-1 navedena po hyperbolické dráze směrem k Marsu [1]. Poté bude poslední stupeň rakety odhozen a krátce nato se rozvinou solární panely, neboť sonda si potřebuje vytvořit dostatečné energetické rezervy pro dlouhý pobyt v odlehlých oblastech sluneční soustavy.

Aby se Rosetta mohla setkat s jádrem komety 67P, potřebuje se dostat tak daleko od Slunce, jako je planeta Jupiter. V současnosti však neexistuje nosič, který by jí dokázal uvést na takovou dráhu přímo. Proto bude pro urychlení sondy využito několika manévrů v gravitačním poli planet. Ty byly navíc zvoleny s ohledem na co nejmenší spotřebu paliva. Díky tomu mohla být sonda vybavena nádržemi s pouze nejnutnějším množstvím paliva. Ušetřená nosnost rakety pak mohla být využita pro instalaci lepších vědeckých přístrojů, které představují až 20% hmotnosti sondy. Jednotlivé klíčové okamžiky mise Rosetta jsou podle letového plánu stanoveny takto: start v únoru 2004, gravitační asistence Země v březnu 2005, listopadu 2007 a 2009, mezitím gravitační asistence Marsu v únoru 2007, první setkávací manévr s jádrem komety 67P v květnu 2011, hibernace sondy v období červenec 2011 - leden 2014, druhý setkávací manévr v květnu 2014, uvedení na oběžnou dráhu kolem 67P v srpnu 2014, uvolnění landeru Philae a jeho přistání na povrchu v listopadu 2014, konec mise v prosinci 2015. Před dosažením svého cíle oběhne sonda čtyřikrát kolem Slunce [1].

Nově zvolený cíl mise - kometa 67P/Churyumov-Gerasimenko - se od původního neodlišuje jen jinou drahou ve sluneční soustavě, ale především rozměry jádra, které je zhruba čtyřikrát větší. Zásadním úkolem inženýrů během uplynulého roku tedy bylo modifikovat přistávací modul tak, aby byl bez problémů schopen přistát i na tělese, které na něj bude působit asi třicetkrát větší gravitační silou, než se původně předpokládalo. To zapříčiní zvýšení přistávací rychlosti z očekávaných 0,2 - 0,5 m.s-1 na hodnoty kolem 0,7 - 1,5 m.s-1.

Zatímco v případě komety 46P/Wirtanen byl zásadní problém ve velmi jemném přistání na malém jádře, při kterém mohlo dojít ke zpětnému odrazu do výšky či dokonce úplnému úniku ze slabého gravitačního pole jádra. U komety 67P museli inženýři vyřešit problém naprosto opačný - související s absorbováním energie nárazu při dosednutí a případné porušení stability modulu během přistání v členitém terénu. Rychlý dopad na tvrdý a nerovný povrch by totiž mohl způsobit dokonce jeho převržení.

Po zralé úvaze bylo rozhodnuto částečně modifikovat podvozek. Přitom však bylo potřeba se vyhnout sejmutí původního přistávacího zařízení či dokonce celého modulu ze sondy, která byla již připravena k instalaci do nosiče v kosmickém centru ve Francouzské Guayaně. Nakonec bylo zvoleno to nejjednodušší řešení. Na každou ze tří noh podvozkové části modulu byla namontována malá a lehká vzpěra (bracket) sloužící jako regulátor náklonu (tilt limiter). Omezením přípustného ohybu nohou podvozku na hodnotu 3 - 5° bylo dosaženo zvýšení tlumícího efektu při rychlejším přistání a snížení pravděpodobnosti převržení. Mechanizmus byl na modul namontován teprve 30. září 2003. Provedené testy ukázaly, že po vylepšení může modul přistát bez problémů rychlostí do 1,5 m.s-1 na svahu o sklonu 10° a při rychlosti menší než 1,2 m.s-1 na svahu o sklonu 30°. Zároveň byly provedeny četné numerické simulace, které testovaly možné problémy při přistání na různých typech povrchu, při různých náklonech a pro různé rychlosti přistání. Podle inženýrů pracujících na projektu se vše zdařilo a Philae je připraven na svou vpravdě historickou úlohu - poprvé měkce přistát na povrchu kometárního jádra. Zajímavé je, že v plánovaném postupu přistání nedošlo k větším změnám. Problémům má zabránit pouze poněkud delší perioda snímání povrchu z paluby orbitální sekce a pečlivější výběr místa pro přistání 100 kg vážícího zařízení [3]

Sonda Rosetta bude plně reaktivována teprve v roce 2014 těsně před samotným přiblížením ke kometě 67P. K setkání obou těles dojde ve vzdálenosti 675 mil. km od Slunce, tedy v době, kdy jádro ještě nejeví kometární aktivitu. Nebude mít tedy vytvořenu komu ani typický ohon. Po dobu šesti měsíců bude orbitální sekce Rosetta podrobně mapovat povrch jádra, měřit jeho charakteristiky jako tvar, velikost, hmotnost, dynamické vlastnosti a morfologii povrchu a vybírat vhodné přistávací místo pro lander Philae. Kromě toho bude jejím úkolem důkladný průzkum procesů v okolí jádra, ke kterým dochází během přibližování ke Slunci - formování vnitřní komy, jevy v povrchové vrstvě i vzájemná interakce prachové a plynové složky atmosféry. Takový výzkum ještě proveden nebyl. Aktivita komet byla dosud dlouhodobě sledována jen ze Země.

Ke splnění všech úkolů je mise Rosetta vybavena mnoha zařízeními. Na orbitální sekci je několik kamer a spektrometrů, které jsou schopné sledovat jádro i jeho okolí na vlnových délkách v širokém rozsahu od mikrovlného a infračerveného záření, přes viditelné světlo, až po ultrafialové paprsky. V kooperaci s přistávacím modulem bude provádět podrobná měření teploty, hustoty i chemického složení jádra. Sama bude pořizovat snímky povrchu s vysokým rozlišením, studovat změny jeho struktury při uvolňování materiálu po osvětlení slunečním zářením či sledovat interakci jednotlivých složek atmosféry se slunečním větrem. Práci ukončí teprve v roce 2015 po průchodu komety 67P periheliem, což je důležité z hlediska asymerie aktivity komet před a po průchodu přísluním.

Jakmile bude sonda ve vhodné poloze zhruba ve výšce kolem 1 km nad povrchem jádra, dojde na základě předchozího pokynu ze Země k samovolnému uvolnění pouzdra a k vysunutí jeho třínohého podvozku. V tom okamžiku bude modul Philae připraven po absolvování balistického sestupu měkce přistát na povrchu jádra. Dosednout by měl rychlostí kolem 1 m.s-1. Podvozek při přistání utlumí náraz a tím eliminuje možnost převržení. Jednotlivé nohy podvozku mohou nezávisle rotovat, zvedat se nebo se ohýbat, čímž by měly umožnit i případný návrat sondy do vodorovné polohy. Při přistání bude z podvozkové části vystřeleno zařízení s funkcí harpuny, které pevně ukotví pouzdro k povrchu.

Modul Philae je složen z jakési základní desky, která nese jednotlivé přístroje, a polygonální sendvičové konstrukce. Vše je vyrobeno z uhlíkových vláken. Některé z experimentů jsou skryty těsně pod víkem, které je z horní strany osazeno slunečními panely. K podrobnému průzkumu povrchu kometárního jádra bude použita následující sada přístrojů: rentgenový spektrometr APXS, panoramatický a mikroskopický zobrazovací systém CIVA, experiment pro rádiovou tomografii jádra CONSERT, analyzátor atomárního a molekulového složení COSAC, analyzátor izotopického složení MODULUS (Ptolemy), zařízení pro zjišťování povrchových vlastností povrchu MUPUS, zobrazovací systém ROLIS, magnetometr a analyzátor plazmatu ROMAP, zařízení pro získávání vzorků SD2 a systém pro monitorování elektrického stavu povrchu, akustických jevů a dopadů prachových částic SESAME [1].

Předpokládaná doba činnosti modulu na povrchu je minimálně jeden týden, ale bude-li v dobrém stavu může ve zkoumání pokračovat až několik měsíců. Během této doby bude pořizovat detailní snímky povrchu a na místě zkoumat složení materiálu, který z největší pravděpodobností obsahuje značné množství organických látek. K tomu bude sloužit také mechanické rameno, které umožní odebírání vzorků materiálu ze vzdálenosti až 2 m od těla sondy. Kromě povrchu však Philae prozkoumá také blízké podpovrchové vrstvy. Pomocí speciálního zařízení budou získány vzorky z hloubky kolem 30 cm a předány do analyzátoru k podrobnému rozboru. Zkoumány budou vlastnosti jako pevnost povrchové vrstvy, hustota, poréznost, textura a tepelné vlastnosti materiálu. Všechna data získaná modulem budou odesílána a shromažďována na orbitální sekci Rosetta a postupně předávána do řídícího střediska na Zemi.

Mise Rosetta byla vybrána k realizaci již v roce 1993 jako jeden z dlouhodobých projektů Evropské kosmické agentury ESA. Sondu postavila firma Astrium z Německa ve spolupráci se svými dceřinými společnostmi ve Velké Británii i Francii a italskou firmou Alenia Spazio. Přístoje na orbiter vyvinulo konsorcium firem z mnoha zemí světa. Lander byl navržen pod vedením German Aerospace Research Institute DLR. Celkem se na projektu podílí víc než 50 firem ze 14 zemí Evropy, Kanada a Spojené státy. Rosetta stála 770 mil. EUR v ekonomických podmínkách roku 2000. Tyto náklady obsahují jak vývoj a vypuštění, tak výdaje spojené s misí v průběhu její aktivní práce v letech 1996 - 2015. V ceně není zahrnuto přistávací pouzdro, které bylo financováno z jiných zdrojů [1]. Půjde-li vše podle plánu měla by být mise oficiálně ukončena v roce 2015, tedy po více jak deseti letech pobytu v kosmickém prostoru. Držíme palce!!!