Rosetta (sonda)

Rosetta bola kometárna sonda Európskej kozmickej agentúry (ESA). Pôvodne mala skúmať kométu 46P/Wirtanen, ale po havárii rakety Ariane 5 v roku 2002 sa zmenil dátum štartu aj cieľ sondy. Namiesto toho zamierila ku kométe 67/P Čurjumov-Gerasimenko, na ktorej povrch spustila ako prvá sonda v histórii pristávací modul – Philae.
Vedeckú výbavu sondy Rosetta tvorilo celkove 16 prístrojov s celkovou hmotnosťou . Modul "Philae" s celkovou hmotnosťou niesol 8 prístrojov, ktoré boli určené na skúmanie povrchu kométy. Na projekte bola aj slovenská participácia, Oddelenie kozmickej fyziky Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach vyvinulo jednotku ESS, redundantne zabezpečujúcu dátovú komunikáciu medzi sondou a modulom Philae.
Ku kométe 67/P Čurjumov-Gerasimenko Rosetta doletela po desaťročnom putovaní, v roku 2014. V priebehu misie absolvovala niekoľko preletov okolo Zeme (uskutočnili sa v rokoch 2005, 2007 a 2009), Marsu a planétok 2867 Šteins a 21 Lutetia. Sonda bola navedená na obežnú dráhu okolo kométy a vysadila na jej povrch malé pristávacie puzdro "Philae" vybavené prístrojmi na priame skúmanie kometárneho jadra. 30. septembra 2016 dosadla na povrch kométy aj samotná sonda, čím sa jej misia skončila.
Popis telesa.
Sonda mala približne tvar kvádra s rozmermi 2,8×2,1×2,0 metra. V strede telesa sa nachádzala a spodnou podstavou prechádzala vertikálna valcová šachta motorového úseku s priemerom vyrobená z hliníku a vystužená prstencami. Elektrickú energiu jej vyrábala dvojica solárnych panelov s rozpätím 32 metrov. Množstvo energie, ktoré dodávali sonde, sa menilo v závislosti od jej vzdialenosti od Slnka. V aféliu to bolo 400 W, vo vzdialenosti 3,4 AU 850 W. Okrem solárnych panelov mala aj štyri dobíjateľné akumulátorové batérie.
Sonda sa skladala z dvoch základných blokov: z modulu užitočného zaťaženia PSM (Payload Support Module), ktorý obsahoval vedecké prístroje, a služobného modulu BSM (Bus Support Module) so systémami zabezpečujúcimi prevádzku sondy. Na jednom boku bola namontovaná natáčacia anténa a z druhej strany bol upevnený pristávací aparát "Philae". Panel s vedeckými prístrojmi po dosiahnutí cieľa cesty neustále mieril na kométu, zatiaľ čo solárne panely boli otočené k Slnku.
Keďže vzdialenosť Rosetty od Slnka sa veľmi menila, sonda musela odolávať veľkým teplotným rozdielom. Z tohto dôvodu bola vybavená ohrievacími telesami.
Sonda mala tiež motorový úsek, ktorý jej umožňoval robiť potrebné manévre. Palivo pre motor sa nachádzalo v dvoch nádržiach, pričom každá mala objem 1 106 litrov. K motorovej jednotke patrili aj štyri 35-litrové nádrže so stlačeným plynom. Orientácia sa udržiavala sériou 24 motorčekov, každý s ťahom 10 N.
Povely na sondu boli vysielané v pásme S a v opačnom smere vysielanie prebiehalo v pásmach S a X.
Prípravy na štart.
Ako už bolo spomínané, pôvodným cieľom sondy bola kométa 46P/Wirtanen. Štart sa mal uskutočniť v januári 2003, ale len mesiac pred plánovaným štartom došlo k havárii rakety Ariane 5, rovnakej nosnej rakety, aká mala vyniesť do vesmíru aj Rosettu. Štart sondy bol pozdržaný do vyšetrenia príčin havárie. Po skončení vyšetrovania však už kométa a Zem neboli vo vzájomne vhodnej polohe, preto sa v máji 2003 pristúpilo k náhradnému riešeniu. Cieľ sondy vymenili za kométu 67/P Čurjumov-Gerasimenko. Táto kométa objavená v roku 1969 meria na dĺžku 4,1 km a váži 10 000 000 000 ton.
3. decembra 2003 sa ukončili prípravy Rosetty na štart. 27. januára 2004 sa sonda začala napĺňať pohonnými látkami a 10. februára bol na ňu umiestnený adaptér ACU (Adapteur de Charge Utile), ktorý ju spájal s nosnou raketou. 16. februára bola Rosetta pripevnená na nosnú raketu. 24. februára previezli pripravenú nosnú raketu aj s jej nákladom z montážnej budovy na miesto štartu. Prvý pokus o štart 26. februára bol odvolaný 20 minút pred zážihom motorov rakety pre zlé počasie na kozmodróme. Aj druhý pokus o štart nasledujúceho dňa bol odvolaný. Sonda napokon úspešne odštartovala 2. marca v čase 07:17:44 UT.
Priebeh letu.
2 minúty 30 sekúnd po štarte boli odhodené pomocné rakety. 10 minút 30 sekúnd po štarte svoju činnosť ukončil prvý stupeň rakety a oddelil sa od komplexu. Sonda letela po vyčkávacej dráhe až do 09:14:29 UT, kedy sa zapálil druhý stupeň rakety a postupne jej rýchlosť zvýšil až nad druhú únikovú rýchlosť. V čase 09:32:36 UT sa Rosetta oddelila od nosnej rakety a stále sa vzďaľovala od Zeme. V čase 09:34 UT sonda opäť nadviazala spojenie so sledovacou stanicou v Kourou, ktorá skontrolovala jej stav. V čase 09:37 UT riadenie sondy prebralo stredisko ESOC. 5. marca sonda opustila sféru gravitačného vplyvu Zeme.
Cesta ku kométe je zložitá, ešte zložitejšia, ako predpokladal pôvodný letový plán. Po štarte sa sonda nachádzala na heliocentrickej dráhe v blízkosti obežnej dráhy Zeme. Po roku samostatného letu sa priblížila k Zemi, ktorej gravitačné pole zmenilo dráhu sondy a umožnilo jej priblíženie k Marsu vo februári 2007. Počas letu k Marsu ultrafialový spektrometer sondy sledoval kométu 9P/Tempel 1 v priebehu impaktu projektilu ďalšej kometárnej sondy Deep Impact. V roku 2006 kamerový systém OSIRIS urobil celkove 283 snímok planétky 2867 Steins, vďaka ktorým bolo možné upresniť dĺžku rotácie planétky (6,052 ± 0,007 hodiny).
24. februára 2007, počas približovania sondy k Marsu, Rosetta zahájila sledovanie planéty. 25. februára sa sonda dostala do rádiového zákrytu Marsu (planéta tienila jej rádiové spojenie so Zemou) a v čase 02:15 UT preletela pericentrom Marsu vo výške . Gravitačný manéver pri Marse opäť výrazne zmenil dráhu Rosetty, čím umožnil jej druhý prelet okolo Zeme. Počas vzďaľovania sa sondy od Marsu sonda opäť sledovala planétu a jej mesiac Fobos a namerané údaje vysielala na Zem.
13. novembra sa uskutočnil druhý prelet a gravitačný manéver okolo Zeme. Rosetta minula Zem vo vzdialenosti od jej povrchu. Koncom marca 2008 boli systémy sondy uvedené do hibernácie, z ktorej sa sonda prebudila koncom júla 2008.
Prelet okolo planétky 2867 Šteins.
4. augusta 2008 sa začalo navigačné snímkovanie planétky 2867 Šteins. Prvé snímky planétky zhotovila zo vzdialenosti 24 mil. km, k najväčšiemu priblíženiu došlo 5. septembra 2008. Prelet prebehol vo vzdialenosti rýchlosťou /s. Počas preletu došlo ku krátkemu plánovanému prerušeniu spojenia so sondou. Z vedeckého vybavenia pracovala len kamera OSIRIS a monitor radiačného prostredia SREM, ostatné prístroje boli vypnuté. Získané údaje začala sonda o polnoci z 5. na 6. septembra zo záznamu vysielať na Zem. 6. septembra zverejnila ESA prvé výsledky výskumu urobeného počas preletu. Tvar planétky je podobný briliantu s rozmermi 5,9 x . Na severe sa nachádza veľký impaktný kráter s priemerom asi . Celkové objavené množstvo kráterov s priemerom väčším ako 200 metrov je 23.
Prelet okolo planétky 21 Lutetia.
10. júla 2010 sonda preletela okolo planétky Lutetia, s priemerom 130 km najväčšej planétky, aká bola v tej dobe preskúmaná kozmickou sodnou (prekonal ju až prieskum planétky 4 Vesta sondou Dawn v roku 2011). Najbližšie priblíženie nastalo na vzdialenosť 3 162 km, prístroje však pracovali dlhé hodiny predtým aj potom. Najpodrobnejšie snímky dosahovali rozlíšenie až 60 m na pixel. Na základe údajov získaných sondou vedci vytvorili veľmi podrobnú mapu telesa. Na asteroide boli objavené krátery, najväčší s priemerom 57 km, zosuvy pôdy a siete lineárnych zlomov.
Podstatnú časť zvyšku letu ku kométe medzi rokmi 2011 a 2014 strávila Rosetta v hlbokej hibernácii. Celková dĺžka hibernácie bola 957 dní. Z hibernácie sa sonda prebrala v priebehu januára 2014.
Priblíženie ku kométe.
Sonda bola na obežnú dráhu okolo kométy navedená 6. augusta 2014. Išlo o historicky prvé navedenie človekom vyrobeného telesa na orbitu okolo kométy. Do 17. augusta sa vzdialenosť Rosetty od tohto telesa udržiavala vo výške okolo 100 km. Potom začala séria zostupných manévrov, ktorými sa sonda ešte viac priblížila k cieľovému telesu. Tímy odborníkov začali už od navedenia Rosetty na prvú obežnú dráhu vyberať miesto pre pristátie modulu Philae. Meraním Dopplerovho efektu odborníci zistili hmotnosť jadra kométy 67/P Čurjumov-Gerasimenko – približne 10 miliárd ton. Ako miesto pristátia bola vybraná oblasť, ktorú na základe súťaže verejnosti o najlepší názov ESA pomenovala "Agilkia" (podľa ostrova na Níle v južnom Egypte).
Vysadenie Philae.
12. novembra 2014 sa od Rosetty oddelil pristávací modul Philae a začal sa od nej vzďaľovať rýchlosťou 18 cm/s. Vypustenie prebehlo 22,5 km od stredu kométy. Celý zostup trval sedem hodín. Philae presne podľa plánu vyklopil nohy a antény. Pri aktivácii trysky, ktorá mala modul pri dosadnutí vo veľmi nízkej gravitácii kométy pritlačiť k povrchu, sa však naskytol problém a tryska sa neaktivovala. Modul sa o 16:33 stredoeurópskeho času dotkol kométy veľmi blízko stredu vytipovanej oblasti. Povrchu sa však nedotkli všetky tri jeho nohy, pretože to mala zabezpečiť práve zlyhaná tryska. Tesne po tomto prvom dosadnutí bol modul na povrchu vyfotografovaný aj materskou sondou Rosettou. Podľa týchto záberov zanechal v prachu po dopade veľkú ryhu. Modul sa od kométy odrazil a začal rotovať, pretože dosadnutie deaktivovalo jeho zotrvačník (gyroskop), ktorý ho udržiaval v stabilnej polohe. Riadiace stredisko zachytávalo kolísavý rádiový signál a solárne panely modulu nepodávali stabilný výkon. Následkom slabej gravitácie kométy Philae letel skoro dve hodiny, kým opäť dopadol. Počas tej doby sa vzdialil od miesta plánovaného pristátia asi kilometer. Po dopade sa opäť odrazil, no už menšou rýchlosťou. Po pár minútach definitívne pristál. Tam zostal v polohe, pri ktorej má na podklade iba dve nohy, kým tretia trčí do priestoru. V oblasti dopadu Slnko svieti iba 90 minút každú otočku kométy, čím modul nemohol získavať elektrickú energiu zo solárnych panelov. Zostal preto odkázaný iba na batérie, čím sa doba jeho činnosti oproti plánu značne skrátila. Odhadovaná doba činnosti batérií bola 62 až 64 hodín. Jeho vedecké prístroje však pracovali a spojenie s materskou sondou fungovalo. Napokon tak odoslal na Zem skoro 90 % očakávaných vedeckých údajov. Kamery CIVA napríklad poslali fotografie z povrchu kométy, z ktorých sa tiež odvodila poloha a náklon modulu. Prístroj MUPUS zase zistil, že na povrchu kométy panuje teplota −48 °C.
Ako sa blížil očakávaný koniec životnosti batérií Philae, vedci pristúpili k riskantnejším experimentom. Modul sa napríklad pokúsil o vŕtanie, k čomu sa vedci neodvažovali pristúpiť skôr než budú hotové základné merania, pretože hrozilo, že bez ukotvenia sa pri tejto aktivite preklopí.
15. novembra v dôsledku nedostatku elektrickej energie Philae upadol do stavu hibernácie. Odborníci nevylučovali, že ak sa v budúcnosti svetelné podmienky na mieste jeho pristátia zlepšia, modul dokáže solárnymi panelmi nabiť svoje batérie a preberie sa. To sa v júli 2015, v čase takmer najbližšieho priblíženia kométy k Slnku, aj stalo. Modul sa však krátko na to znova a tentoraz už navždy odmlčal. Po viac ako roku márneho čakania na signály z Philae vyplo riadiace stredisko komunikačný kanál na Rosette, čím definitívne znemožnilo sonde komunikovať s modulom. 2. septembra 2016 sa sonde podarilo na jednej z blízkych snímok kométy modul zachytiť.
Koniec misie.
V septembri 2016 bola kométa so sondou Rosetta vzdialená už 700 miliónov kilometrov od Zeme a signály prekonali túto vzdialenosť za 40 minút. Na jej solárne panely dopadalo čoraz menej svetla. Zároveň už spotrebovala značnú časť svojho paliva. Misia, už vtedy dlhšia než predpokladal pôvodný plán, tak z fyzikálnych príčin nemohla pokračovať ďalej. Vedci sa preto rozhodli riadene sondu poslať na kométu, hoci na to nebola stavaná. Jej zostup využili na posledný výskum tohto telesa. Hoci dosadnutie malo prebehnúť len rýchlosťou pol metra za sekundu, vedelo sa, že rozláme jej solárne panely a tým ju definitívne poškodí.
29. septembra 2016 o 22:50 LSEČ vo výške 19 km nad kométou vykonala sonda svoj posledný motorický manéver, ktorý ju naviedol na kolízny kurz s kométou. Pri tejto príležitosti urobila najdetailnejší prieskum kométy. Aby Rosetta počas svojho riadeného dopadu stihla odoslať čo najviac snímok, musela ich skomprimovať 20-krát viac než je bežné. Z tohto dôvodu posielala snímky v nižšom rozlíšení ako dovtedy. Keďže jej kamery neboli navrhnuté na snímkovanie z takých malých vzdialeností, posledné zábery boli značne rozmazané. Posledná prijatá snímka prišla z výšky 51 metrov. Okrem získavania snímok sonda tiež zbierala informácie o hustote a zložení plynov komy kométy, plazmy, hustote prachu, povrchovej teplote telesa. Urobila jej ultrafialové spektrum a mapovala jej gravitačné pole. Informácie zo sondy sa budú analyzovať ešte celé roky. Na rozdiel od sondy NEAR Shoemaker, ktorá kedysi podobne ako prvá pristála na asteroide, Rosetta už po dosadnutí na povrch nekomunikovala. Vedci jej komunikačný systém zámerne vyradili ešte pred dosadnutím, aby v budúcnosti nemohol rušiť komunikáciu s inými misiami.