Записки дилетанта: Епоха Philae -- посадка

середа, 26 листопада 2014 р.

Епоха Philae -- посадка

Ну що ж, крихітний спускний апарат відпрацював своє, і, дуже ймовірно, більше не відізветься... Можна спробувати підвести перші підсумки.

Хронологія

11 листопада 2014, "Philae" ("Філе", "Филы") завершував підготовку до висадки. Його ввімкнули, спершу процес "не пішов", після перевантаження все прийшло в норму.

Перший "Go" --- 19:00 UTC, 11 листопада: "Розетта" на правильній орбіті.

Другий "Go" -- 00:00 UTC, 12 листопада: команди для відділення готові до завантаження на Розетту, станції в хорошому стані -- готові.

Третій "Go" -- 02:35 UTC, 12 листопада. Однак, з'явилися перші ознаки серйозних проблем. Двигуни, які мали притискати спускний апарат до комети, поки спрацюють гарпуни, вийшли з ладу. (Кілька спроб проколювання контейнерів із газом для них не привели до збільшення тиску в системі, наскільки я зрозумів.) Так як шанси на покращення ситуації з двигунами були оцінені як мізерні, продовжили із підготовкою до спуску. 07:35 UTC "Розетта" виконала маневр, що вивій її на орбіту скидання спускного апарату.

09:03 UTC 12 листопада 2014 --- отримано підтвердження відділення Philae, (воно відбулося о 08:35, 28 хв. 20 секунд до того -- саме стільки світло летить звідти до Землі, 511 млн км, все ж).

"Rosetta" i "Philae", малюнок. (c) ESA

11:07 UTC отримано підтвердження, що "Philae" вийшов на зв'язок із Rosetta -- він використовує її в ролі ретранслятора, зв'язуватися напряму із Землею не вміє. (Підтвердження прийшло із затримкою -- очікувалося 10:53 UTC, але краще пізно, ніж взагалі тиша, як от з Beagle-2)

Під час розділення апарати фотографували один одного. "Розетта" фотографувала свого "партнера" й біля самої комети, але про це пізніше.

Прощальне фото "Розетти". "Philae", камера CIVA-P ("Шива").
(c) ESA Rosetta / Philae / ÇIVA

Фотографій Розетти наведу декілька. Так і не зміг вибрати -- є щось привабливе в зображеннях земних "артефактів" далеко в космосі. Хоч ніби ми туди не на них дивитися прилетіли. :-) Певне такий собі прояв інстинкту написати "я тут був".

"Philae". Сумний коментар про крихітність і самотність придумайте самостійно. :-) Rosetta, OSIRIS.
(c) ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Користуючись окатістю OSIRIS, наблизимо фото вище:

"Philae, on his own".
(c) ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Або, в процесі:

"До комети!"
Так Philae виглядав для Розетти між 10:24 і 14:24 UTC корабельного часу. Нагадую, відділення відбулося 08:35 за корабельним часом.
(c) ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Для контексту:

Все той же Philae, (крапка в червоному колі), 14:19:22 UTC за корабельним часом -- ближче до кінця анімації вище.
(c) ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

16:03 UTC було отримано підтвердження посадки.

Центр керування, до:

Центр керування. "Екіпаж"

і після підтвердження посадки:

Ура!

Однак, поки офіційні особи виголошували пафосні промови, виявилися серйозні проблеми. Двигун, які мали притиснути апарат до поверхні, не спрацювали -- про їх поломку згадувалося вище. Гарпуни не спрацювали. "Скрепки" в лапах ніби відпрацювали, але намарно -- апарат відбився від комети.

Аналіз даних від різних приладів показав, що апарат відбився двічі, торкаючись поверхні о 15:33, 17:26 і 17:33 UTC. Перший раз проширяв майже дві години, подолавши близько кілометра... Перший контакт відбувся на швидкості ~1 м/с, відбилося на третині від неї -- 38 см/с. Другий раз відбився із швидкістю 3 см/с, та остаточно прикометився через 7 хвилин. При чому, прилади ще першого разу вирішили: є посадка і почали виконувати початкову програму.

Іронічно виглядає, що попали в місце запланованої посадки дуже точно -- ближче ста метрів, за очікуваного кілометрового еліпса. Після перестрибування апарат заспокоївся десь в околицях Site B. (На момент написання остаточне положення невідоме.)

Спершу запідозрили проблему, тому що сигнал "плавав", виглядало ніби станція обертається. Це дещо неочікувано, як для стійкого положення на кометі. Потім було отримано підтвердження й від інших приладів --- ROMAP, MUPUS, датчиків на "лапах".

Зупинився апарат невдало --- в тіні. Згідно прес-релізу, сонячні батареї освітлювалися Сонцем лише 1.5 годин протягом 12.4-годинного дня, замість 7 очікуваних, при чому, через кут падіння промені і розташування батарей, освітлення було відверто слабеньким. Більше детально про це випитала Емілі: Півтори години батареї генерували 1 ват, 20 хвилин - 3-4 вати (здається, світло починало падати і на більшу їх панель). Тільки на завантаження спускному апарату потрібно 5 ват. Але перед тим потрібно ще прогріти батарею до 0С, що потребує десятків ват...

Тому для роботи довелося розраховувати на головну батарею. Є слабенька надія, що коли комета буде ближче до Сонця, спускний апарат почне отримувати достатньо світла і оживе. Але надія ця дуже слабенька, майже зникаюче мала. Перед наземною командою -- інженерами та науковцями, постала задача провести чим-більше досліджень, отримати якомога більше даних, користуючись наявним ресурсом -- головною батареєю, ємністю близько 970 Вт, (з поправкою на природну деградацію за час польоту -- початкова була 1100 Вт), якої мало б вистачити на ~60 годин роботи.

Позитивним було, що більшість наукових системи працювали нормально. Попередні результати будуть наступним постом, а поки продовжимо із роботою Philae з точки зору операторів. (Деталі сеансів зв'язку тут не перераховуватиму --- див. прес-релізи нижче).

Аналіз показав, що Philae лежить всіма трьома ногами на поверхні, однак ніяк не закріплений. Тому спочатку активували 8 інструментів, які його б не мали зрушити з місця. Під час передостаннього сеансу зв'язку активували SD2, яка успішно здійснила свердління. Ну. принаймні "свердло" перемістилося на 25 см... MUPUS також спробував "забити" свій сенсор в ґрунт. Однак йому це не вдалося, навіть із максимальним зусиллям -- поверхня виявилася дуже міцною. Після цього зразок (якщо він там був -- незалежно поки підтвердити не вдалося) спробували передати хроматографу та мас-спектрографу COSAC, який успішно провів виміри.

“We’ve got data – all the house-keeping data and data from COSAC – although we’ve no idea what’s in there yet. The drill (SD2) moved up and down, but again, we don’t yet know what we have.”

“The carousel of Ptolemy was also turned and we are running Ptolemy for a concentrated 'sniff'.”
(с) First hour of lander communication

Наступною командою було повернути тіло спускного апарату так, щоб він отримав шанс краще освітлюватися Сонцем. На сам кінець провели ще виміри за допомогою Ptolemy -- раніше його не використовували, так як COSAC давав схожі за цінністю дані, вимагаючи менше енергії. Ці енергозатратні дії з'їли залишки заряду батареї і скоро Philae заснув. Хоча і встиг передати всі (згідно офіційного прес-релізу) збережені на борту дані -- зокрема, фото після зміни положення та купу пакетів із вимірами Ptolemey (поки не знаю, наскільки ці дані цілісні).

Напруга в системі... (Шина і батарея)
(c) ESA/Philae Twitter

Контакт було втрачено 00:36 UTC, 15 листопада 2014 р.

Прощання. Взято тут. "Все-таки они офигительные молодцы, с миссией Rosetta."

Заснув він контрольовано, "штатно" -- тепер він витрачатиме всю наявну енергію лише на "нагрівачі виживання", які підтримуватимуть допоміжну батарею за прийнятної температури, тому є шанс, що, якщо маневр зміни положення був успішним, за кілька днів/тижнів він зарядиться і вийде на зв'язок. Або зробить це пізніше, ближче до Сонця. Як би там не було, "Розетта" продовжуватиме слухати.

Поки одна команда боролася за спускний апарат -- навіть були плани спробувати підстрибнути, щоб вилетіти з тіні, чи, хоча б за його "науку", інша шукала сам апарат, зокрема, щоб допомогти першій групі.

Спочатку виявили місце першого контакту:

Слід на кометі від першого контакту. Камера NavCam. В принципі, Philae теж тут, але при 1.3 метри на піксель, (віддаль 15 км), побачити важко. Однак див. наступну анімацію!
Увага, друге фото зроблено 16:30:32 UTC! Кадр із анімації підписаний помилково, через втому команди.
Детальніше про ці фото див. "Philae’s first touchdown seen by Rosetta" та "Philae spotted after first landing on 67P" .
(c) ESA / Rosetta / NAVCAM / Emily Lakdawalla

Потім на фото роздивилися і апарат та його тінь:

Ті ж фото, що і вище, тільки відмічено й спускний апарат та його тінь.
(c) ESA / Rosetta / NAVCAM / Emily Lakdawalla

Місце посадки, контекстне фото:

Місце першого контакту.
(с) ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Потім виявили його і на фото OSIRIS:

Політ навігатора, ой, тобто, Philae.
"Розетта" була на віддалі 17.5 км до центру комети, 15.5 км до поверхні, 28 см/піксель, розмір вставок -- 17 х 17 м.
Видно політ апарата, те, як він відбився, його обертання і до і після. Зверніть увагу на крайню праву вставку -- Philae на фону чорного "провалля"-тіні.
Віддаль спускного апарату до комети:
15:14 -- 1337 м
15:19 -- 1068 м
15:23 -- 848 м
15:35 -- 0.158 м
(c) ESA / Rosetta / DLR / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA

Емілі з The Planetary Society доповнила цю макро-картинку двома "контекстними" зображеннями:

Масштаб -- ~0.5м/піксель. Фото OSIRIS, з висоти 30 км, зроблене 14 вересня 2014.
Жовтим -- ті ж часи, ті ж точки, що на фото вище. Клікабельно!
(c) ESA / Rosetta / DLR / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA / annotated by Emily Lakdawalla

Ті ж "жовті точки". Клікабельно!
NavCam, 30 км, 14 вересня 2014.
(c) ESA / Rosetta / NavCam / Emily Lakdawalla

Дискусії про "останній притулок" Philae все ще тривають, поки найвірогіднішим вважається таке розташування:

Ймовірне розташування "Philae" після посадки, згідно даних CONSERT.
(c) ESA/Rosetta/Philae/CONSERT

Ну що ж, чекаємо на подальші результати! А також, віримо, що він таки прокинеться, як трішки запасеться енергією. :-)

Додатково:

Поміж те відбулася наочна ілюстрація ідіотизму деяких аспектів теперішнього світу. "Когда ученый сажает на комету зонд, глупец рассматривает его рубашку". Переказувати не буду -- див. посилання, але суть в тому, що людину, яка, разом із іншими, ПОСАДИЛА РОБОТ ЗЕМЛЯН НА КОМЕТУ, змусили публічно вибачатися за ось цю сорочку:

~~Фашист~~ ~~Сексист,~~ Фізик Мэтт Тейлор. І його сорочка.

Ібо жінок принижує. Правда, подруга, яка її йому подарувала, в тому приниження не бачить, але що б вона розуміла...

Обіцяла мені подруга таку ж подарувати. :-)

Посилання

Детальний опис всіх етапів роботи Philae від Spaceflight101.

Їх же анонс до посадки: "ESA's Rosetta & Philae to attempt ambitious Comet Landing Wednesday".

Офіційний блог

Орбіта "Розетти" після "десантування.
(c) ESA

"Status update – 11 November".
"Tracking Philae’s descent with magnetic data" -- розповідь про те, як ROMAP (слідкуючи за збуреннями магнітного поля" --- все ж, "Rosetta Lander Magnetometer and Plasma" ), не тільки просуватиме науку (досліджуючи реліктові магнітні поля комети), але й допоможе відслідковувати поведінку спускного апарату.
"Go/NoGo 1 – Rosetta is on track", "REPLAY: Go/NoGo 1".
"Go/NoGo 2 – Commands ready; Rosetta ready", "REPLAY: Go/NoGo 2".
"ESA rolls out the big iron" -- розповідь про наземні станції, які "обслуговували" посадку. Див. також діаграму про роботу американських станцій DNS під час посадки: "Go ROSETTA!".
"Rosetta and Philae Go for separation"
"Rosetta and Philae separation confirmed"
"SIGNALS ACQUIRED FROM PHILAE 12:07 CET"
"Agilkia? Agilkia!" -- про те, як вимовляти назву місця посадки, Агіліка, (Agilkia).
"Farewell, Rosetta!"
"Farewell, Philae!"
"Philae’s landing through Rosetta’s eye"
"Touchdown! Rosetta’s Philae probe lands on comet" (особливо кумедно-сумно тепер звучить оптимістичний прес-реліз з того приводу...)
"Rosetta operations update", зокрема: "Rosetta is presently sending signals to the ground stations at about 28 Kbps; Ignacio says that the spacecraft's own telemetry downlink uses about 1 or 2 Kbps of this, so the rest is being used to download science data from Rosetta and lander science and telemetry from the surface."
"Philae, the ‘happy lander’"
"Three touchdowns for Rosetta’s lander"
"How (and where) is Philae?"
"Turning Philae"
"Philae still talking!"
"First hour of lander communication"
"Our lander’s asleep"
"Pioneering Philae completes main mission before hibernation"
"Philae’s first touchdown seen by Rosetta"
"Philae spotted after first landing on 67P"
"Homing in on Philae’s final landing site"
Твіттер MUPUS: https://twitter.com/philae_MUPUS.

The Planetary Society

"Philae update: First of four "go-no-go" decisions is a GO!"
"Philae update: "Go" for landing, despite apparent failure of cold-gas jet system [UPDATED]" -- зокрема, уточнення про характер проблеми із спускними двигунами.
"Philae update: Photo documentation of Philae's separation!"
"PHILAE HAS LANDED! [UPDATED]" -- ще до того, як остаточно стало зрозуміло, спускний апарат відбився (хоча зараз в цьому пості вже про це згадується).
"Brief Philae "Morning After" update: First ÇIVA panorama from the surface"
"Philae status, a day later"
"Philae update: My last day in Darmstadt, possibly Philae's last day of operations"
"Now Philae down to sleep"
"Rosetta imaged Philae during its descent -- and after its bounce"

Ethan Siegel

Дві статті + відповідь на запитання, від фізика-теоретика (дуже рекомендую його блог тим, хто цікавиться елементарними частинками, бозоном Хігса, квантовою теорією поля і т.д.!):

"Landing at the End of the Solar System" -- з приводу успішної посадки, та:
"The Bittersweet Taste of Philae’s Limited Success" -- з приводу передчасного припинення роботи, та того, що якби не фобія до радіоактивних матеріалів (не об'єктивні перестороги, а фобії, ще раз наголошу!), ми могли б отримати багато місяців успішної роботи, а не лічені дні...
"Comments of the Week #36: The Nuclear Option" --- остання частина, яка якраз дала назву всій серії запитань-відповідей номер 36. Зокрема, цитата звідти:

There are other myths out there about Pu-238 and RTGs in general. Here’s one: the weight-to-power ratio. Philae’s panels/battery delivered 32 Watts from 27 lbs. Curiosity’s Pu-238 delivers 120W from 94 lbs., for comparison. See also Sinisa Lazarek’s claim that:

– Philea’s power source weighs 12.2kg and generates 32W electrical at 3AU
– for that output we can look i.e. SNAP 19 RTG (powered Pioneer 10&11).. generates 40W electrical and weigh’s 13.3 kg (of that less than 1kg is in Pu238)