Történelmi landolás, magyar vezérléssel
Üstököskutatás a Rosetta–Philae párossal
A Rosetta–Philae küldetés a kutatókat és mérnököket igen komoly kihívás elé állító, az üstököskutatás történetében példátlan program volt, melynek keretében először állt pályára űreszköz egy üstökös körül, és küldött leszállóegységet az üstökösmag felszínére.
A Philae leszállóegység központi hibatoleráns számítógépét1 és tápellátó rendszerét magyar mérnökök fejlesztették, továbbá a leszállóegység pordetektorának és plazmadetektorának fejlesztésében, valamint a Rosetta űrszonda plazmafizikai műszeregyüttesének kísérleteiben is részt vettek magyar kutatók.2 Ezek a küldetés kritikus alrendszereit képezték, meghibásodásuk a Philae teljes kudarcát jelentette volna. Külön érdem, hogy a mérnökök felkérésének időpontjában, 1996-ban Magyarország még nem volt az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) tagállama.
A Rosetta űrszonda a Philae leszállóegységgel a fedélzetén mintegy 10 év repülés után, bonyolult és kockázatos pályamanővereket követően 2014 tavaszán ért a még szinte inaktív Csurjumov–Geraszimenko-üstökös viszonylag kis átmérőjű (2–4 km) magjának közvetlen közelébe.
A Philae landolása és kényszerpihenője
A Philae leszállóhelyének kiválasztása során repülésdinamikai szempontokat, környezeti és működési feltételeket (hőmérséklet, napi megvilágítás) mérlegeltek, majd kiválasztottak egy a felszíni viszonyok tekintetében kis kockázattal megcélozható és tudományos szempontból is sokat ígérő területet. 2014. november 12-én az ESA repülésirányítói a saját tengelye körül 12,5 órás periódussal forgó üstökösre bocsátották a Philae leszállóegységet, a Földtől mintegy 500 millió kilométer távolságban.
A Philae nagyjából 1 m/s-os relatív sebesség melletti talajfogása azonban nem a terveknek megfelelően zajlott. Lehorgonyzó alrendszerének váratlan meghibásodása miatt a Philae nem tudta magát az üstököshöz rögzíteni. Kétszer is visszapattant, mintegy 1 km magasságú ballisztikus pályát írva le az üstökös gyenge gravitációs terében. Végül csak egy jóval később azonosítható helyen, köves-sziklás környezetben landolt.
A leszállóegység mechanikailag nem sérült, fedélzeti számítógépe működőképes maradt, a visszapattanó fázisok alatt is mindvégig tartotta a rádiókapcsolatot a Rosetta anyaszondával. Landolását követően kezdődtek műszereinek mérési programjai. A Philae rögzítetlenségéből adódó kockázatos helyzet azonban szükségessé tette az eredetileg tervezett mérési szekvenciák átrendezését. Mindazon műszerek mérési programját, amelyek tevékenysége mechanikai mozgásokat is igényelt, időben hátrébb sorolták. A rendelkezésre álló szűkös és viszonylag gyorsan kimerülő energiaforrások következtében gyors, esetenként kompromisszumos döntések sorozatát kellett meghozni a Philae közösségének: mérnököknek, kutatóknak és földi operátoroknak.
A Philae fedélzeti számítógépe sikeresen alkalmazkodott a váratlan körülményekhez. A hosszan tartó rádiókapcsolati szünetek alatt is önállóan végezte munkáját, a tudományos műszerek vezérlését és az adatgyűjtést mintegy 50 órán keresztül, míg a Philae elsődleges energiaforrásai ki nem merültek.
A leszállóegység hosszú távú működéséhez napenergiát igényelt, ám sajnos az űreszköz az oldalára dőlt, és a környezetében levő sziklák beárnyékolták a napelemtábláit. Emiatt a napelemek az üstökösnaponként optimális 6 óra helyett csak mintegy 1,3 óra időtartamra kaptak napfényt. Az így előállított mintegy 3,5 W elektromos teljesítmény pedig nem volt elegendő a Philae akkumulátorának újratöltéséhez. Az elsődleges mérési feladatok végeztével kényszerszünet állt be a Philae működésében, a minilabor hibernált állapotba került.
A Földön a kutatók abban bíztak, hogy az üstökös pályájának későbbi szakaszán, a Naphoz közelebb kerülve – a megvilágítási viszonyok változása következtében – a Philae napelemtáblái több energiát lesznek képesek előállítani. Így is történt, a 7 hónapos hibernált állapotot követően a megvilágítás időtartama 4 órára, a Napból nyert elektromos teljesítmény több mint 20 W-ra emelkedett, és a Philae minilaborja ismét életre kelt az üstökös felszínén, de újabb tudományos vizsgálatokat már nem végzett.
A Rosetta eredményei
A felszíni mérések alapján az üstökösnek szilárd héja, illetve porból és jégből álló magja van. A por komplex, szerves vegyületekben gazdag, a mag rendkívül porózus, de nagyobb üregeket nem tartalmaz.
A Philae felszínre bocsátását követően a Rosetta keringőegység másfél éves, ún. üstököskísérő fázisba lépett. Változatos repülési pályákat írt le az égitest körül, hogy műszereivel részletesen feltérképezze az alakját, aktivizálódását és különös felszíni képződményeit. Speciális kamerarendszerével látványos képeket készített az üstökösről.
Míg a Philae az üstökösmagon csak szakaszosan, a Rosetta az üstökös körül folyamatosan végzett méréseket. A Rosetta űrszonda mérési adatait vizsgálva a tudósok érdekes felfedezéseket tettek az üstököst körülvevő anyagról és mágneses térről. Az egyik ilyen felfedezés, amelyhez magyar kutatók is jelentősen hozzájárultak, az üstökös ún. diamágneses üregével kapcsolatos. Napközelben a fokozott napsugárzás hatására az üstökösmagból jelentős mennyiségű illóanyag áramlik ki nagy sebességgel, létrehozva az üstökös fényes kómáját. Az így felszabaduló semleges és ionizált részecskék kölcsönhatásba lépnek a Napból folyamatosan kiáramló, töltött részecskékből álló és mágneses teret hordozó napszéllel, aminek során a napszél lelassul és feltorlódik az üstökös előtt, létrehozva az üstökös indukált magnetoszféráját. Az üstökösmagból kiáramló, részben ionizált gáz azonban olyan erővel képes szembeszegülni a bolygóközi mágneses térrel, hogy teljesen elfújja az üstökös közvetlen környezetéből. Az így kialakuló, mágneses tértől mentes diamágneses üreg az üstökösök indukált magnetoszférájának legbelső tartománya, mérete a napszél nyomásától függően változik.
Útja során a Rosetta űrszonda több százszor keresztezte a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös pulzáló diamágneses üregét, mérései sok új információval szolgáltak a tulajdonságairól, a kiterjedéséről és a dinamikájáról, jelentősen hozzájárulva az üstökösmag közvetlen környezetének megismeréséhez.3,4
Balázs András, Timár Anikó, Németh Zoltán, Szegő Károly, Szalai Sándor, Kalocsai Lilla, Dósa Melinda
