Rosetta (uzay aracı)

Çalışmaya genel bakış

Rosetta, Ariane 5 adlı füzeyle 2 Mart 2004 tarihinde gönderildi. 6 Ağustos 2014 tarihinde kuyruklu yıldıza ulaştı ve bir kuyruklu yıldızın yörüngesine giren ilk uzay aracı oldu. Önceki çalışmalarında diğer yedi kuyruklu yıldıza başarılı uçuşlar sergiledi. Rosetta, Avrupa Uzay Ajansı’nın ufku olan 2000 taşlarından biridir. Bu uzay aracı Rosetta uydusundan oluşmaktadır. Rosetta uydusunda 12 cihaz ve dokuz cihazla Philae isimli uzay aracı önemli bir rol oynar. Rosetta, 17 ay boyunca 67/P kuyruklu yıldızının yörüngesinde döndü ve daha önce hiç kalkışmadıkları, bir kuyruklu yıldız için en ayrıntılı bir çalışmayı tamamlamak için tasarlandı. Darmstadt, Almanya, Avrupa Uzay Operasyonları Merkezinden bu uzay aracı kontrol edildi. Bilimsel yük çalışması için, veri alma, kalibrasyon, arşivleme ve dağıtım ile birlikte bir planlama Avrupa Uzay Astronomi Merkezi tarafından Villanueva de la Kanada’da (Madrid/İspanya) gerçekleştirildi. İki bin insanın bu çalışmaya 10 yıl öncesinde yardımda bulunduğu düşünülüyor.
Bu araştırma, üç komut içinde bir kararname özelliğine sahip ve Mısır kökenli bir dikili taş olan Rosetta taşından sonra adlandırıldı. Philae dikilitaştan sonra adlandırılan uzay aracı iki dilli bir Yunan ve Mısır hiyeroglif yazıtı taşıyor. Rosetta taşının üstünde hiyeroglif yazısının bir karşılaştırılmasında, Mısır yazı sistemini çözmek için harekete geçmeleridir. Bu uzay aracı aynı şekilde kuyruklu yıldızları ve Güneş sistemini daha iyi anlamada yardımcı olacaktır. Doğrudan bir benzetme olan onun adaşı, Rosetta Taşı, mikro-kazınmış nikel alaşımlı Rosetta diski taşır. Buna ek olarak, Rosetta diski Uzun Şimdi Vakfı tarafından 1200 dilde metinin 13.000 sayfayla kaydedilerek bağışlandı.
Bu uzay aracı kuyruklu yıldız yolunda 2 asteroit uçuş görevi gerçekleştirdi. Rosetta, 2007 de Mars’a uçuşu gerçekleştirdi. Bu beceri 2867 Steins 2008 yılının eylül ayında ve 21 Lutetia 2010 yılının temmuz ayında tamamladı. 20 Ocak 2014 tarihinde de, Rosetta kuyruklu yıldıza yaklaşırken 31 aylık uyku moduna alındı.
Rosetta’nın Philae uzay aracı, 12 Kasım 2014 tarihinde 67P kuyruklu yıldızına dokunduğunda, kuyruklu yıldız yörüngesine başarılı bir şekilde ilk inişini gerçekleştirdi. Astrofizikçi Elizabeth Pearson Philae uzay aracının geleceği kesin olmamasına rağmen, Rosetta görevinin ve çalışmalarının devam edeceğini açıkladı.

Arka plan

1986 da Halley kuyruklu yıldızına yaklaşımı boyunca, uluslararası uzay araştırma araçları kuyruklu yıldız keşfi için gönderildi. Avrupa Uzay Ajansı’nın Giotto adlı uzay aracı en öne çıkanlarından biridir. Uzay araçları değerli bilimsel bilgilerle geri döndükten sonra, bu takipler kuyruklu yıldız kompozisyonuna daha fazla ışık tutacağını ve yeni sorulara cevap verilmesi ihtiyacı olduğu açıklandı.
Hem Avrupa Uzay Ajansı(AUA) hem de Ulusal Havacılık Ve Uzay Dairesi (UHUD) işbirliği yaparak yeni uzay araçları geliştirmeye başladılar. ’’Kuyruklu Yıldız Buluşması Asteroid Uçuşu (KYBAU)‘’ misyonu UHUD’un ve ‘‘Kuyruklu Yıldız Çekirdek Örneği Dönüş (KYÇÖD)’’ misyonu AUA’nın projesiydi. Her iki misyonda Marine Mark 2 uzay aracının tasarımını paylaşmak içindi. Bu yüzdende maliyet azalmış oldu.1992 yılında UHUD, ’’Kuyruklu Yıldız Buluşması Asteroid Uçuşu (KYBAU)‘’'nu bütçe sınırlamaları nedeniyle iptal ettikten sonra, Avrupa Uzay Ajansı kendi başına KYBAU tarzı bir proje geliştirmeye karar verdi. 1993 itibarıyla, bu iddialı örnek dönüş misyonu, var olan AUA bütçesiyle imkansız olacağı kanıtlandı. Bu sebepten dolayı görev tekrar düzenlendi ve sonradan iptal edilen KYBAU misyonuna benzeyen son uçuş planıyla da AUA tarafından misyon onaylandı. Gerhard Schwehm, uzay aracı fırlatıldıktan sonra görev yöneticisi olarak adlandırıldı ve 2014 yılının Mart ayında emekli oldu.

Misyon ilkeleri

Rosetta misyonu birçok tarihi ilki başarmak için planlandı.
67P kuyruklu yıldız yolunda, Rosetta ana asteroit kuşağıyla geçti ve bu ilkel nesnelerin birkaçıyla ilk Avrupa yakın karşılaşmasını yaptı. Rosetta ana güç kaynağı olarak Güneş hücreleri kullanarak Jüpiter’in yörüngesine yakın uçan ilk uzay aracıydı.
Rosetta kuyruklu yıldız çekirdeğinin etrafında bir yörüngede dönen ve iç Güneş Sistemi'ne doğru yöneliyorken bir kuyruklu yıldıza yanaşık uçan ilk uzay aracıdır. Dondurulmuş bir kuyruklu yıldızın Güneş’in sıcaklığı tarafından nasıl dönüştüğünü en yakın derecede incelemek için ilk uzay aracı olması planlanmıştır. 67P ulaştıktan kısa bir süre sonra, Rosetta uydusu kuyruklu yıldız çekirdeği üstüne ilk kontrollü iniş için Philae kuyruklu yıldızına gönderdi. Robotik uzay aracı aletleri kuyruklu yıldız yüzeyinden ilk fotoğraflarını sergiledi ve kompozisyonunun ilk durum çözümlemesini yaptı.

Tasarım ve inşaat

Rosetta otobüsü 2,8*2,1*2,0 metre merkezi çerçevede ve alüminyum petek zeminlidir. Toplam kütlesi yaklaşık olarak 2.900 kilogramdır. Bunun 100 kilogramı Philae uzay aracından 165 kilogramı da bilimsel cihazlardan oluşmaktadır. Otobüs destek modülü en altta ve uzay aracı alt destek yaparken, yükünü destek modülü uzay aracının tepesine yer alır ve bilimsel cihazları barındırır. Güneşten uzak olmasına rağmen, uzay aracının etrafına yerleştirilen ısıtıcılar sistemleri sıcak tutar. Rosetta’nın iletişim paketi 2,2 metre yönlendirilebilir yüksek kazançlı parabolik çanak anten 0,8 metre sabit pozisyonlu orta kazançlı anten ve iki yönlü düşük kazançlı antenler içerir.
Uzay aracı için elektrik enerjisi toplamda 64 metrekare olan iki Güneş enerjisi sağlayan tertibattan geliyor. Her bir tertibat her biri 2,25×2,736 metreye sahip beş Güneş grubuna ayrılıyor. Bireysel Güneş hücreleri 200 mikrometre kalınlığında 61,95×37,75 mm olan silikondan oluşuyor. Kuyruklu yıldız işlemleri 3,4 AU başladığında, bu Güneş enerjisi sağlayan tertibatlar yaklaşık olarak günberi maksimum 1,500 watt, uyku modunda 5,2 AU minimum 400 watt ve 850 watt üretir. Uzay gücü, Mars Express uzay aracında kullanılan ihtiyaç fazlası Terma gücü tarafından kontrol edilir ve otobüslere 28 volt sağlayan dört 10-A.h NiCd aküleri içinde depolanır.
Ana itme 24 eşleştirilmiş bipropellent* 10 N itici içerir, bu iticilerin dört çifti delta-V yanması için kullanılır. Bu uzay aracı fırlatılış anında 656,6 kg mono metil hidrazın yakıtı ve 1.059.5 kg dinitrojen tetraoksit oksitleyici olmak üzere 1.719,1 kg yakıt taşıdı. Bu yakıtlar iki tane 1,108 litre 5. Sınıf titanyum alaşımı tanklarda bulunuyorlar ve görevleri boyunca saniyede en az 2.300 m/s delta-v sağlıyorlar. İtici basınçlandırma iki 68 litrelik yüksek basınçlı helyum tankları tarafından sağlanmaktadır.
COSPAR kurallarına göre Rosetta temiz bir oda içinde inşa edildi fakat mikroplardan arındırmada çok önemli değildir çünkü kuyruklu yıldızlar genellikle prebiyotik moleküller bulabileceğiniz nesneler olarak düşünülebilir. Diğer bir deyişle, Rosetta projesinin bilim adamı olan Gerhard Schwehm‘e göre bu moleküller hayatın öncesi olmasına rağmen yaşamayan organizmalardır. Bu misyonun toplam maliyeti yaklaşık olarak 1,3 milyardır.

Fırlatma

Rosetta,2011 de 46P/Wirtanen kuyruklu yıldız ile buluşmayla 12 Ocak 2003 tarihinde fırlatılmak için kuruldu.
11 Aralık 2002 tarihinde Hot Bird 7’nin fırlatılma süresi boyunca taşıyıcı roketi Ariane 5’in başarısızlığı sonrası, başarısızlığın sebebi belirlenene kadar uçuşu yasaklanarak, bu plan iptal edildi. Churyumov-Gerasimenko kuyruklu yıldızı hedef gösterilerek, 26 Şubat 2004'te yeniden düzenlenmiş fırlatma tarihinde (2014'te kuyruklu yıldızda buluşma) yeni bir plan oluşturuldu. Daha geniş bir kütle ve etkili artan hız sonucu gerekli iniş takımı düzenlendi. İptal edilen iki fırlatma girişimi sonrasında, Rosetta, Fransa Guiana'daki Guiana Uzay Merkezi’nden saat 7.17’de 2 Mart 2004 tarihinde fırlatıldı. Hedef ve fırlatma zamanı üzerinde yapılan değişikliklerden başka, görev profili neredeyse aynı kaldı.

Derin mesafe harekâtı

67P kuyruklu yıldızı ile buluşmaya gerekli hıza ulaşmak için, Rosetta, iç Güneş Sistemi boyunca hızlanmak için yerçekimi yardım manevrasını kullandı. Rosetta’nın fırlatımından önce yeryüzünde yapılan yaklaşık olarak 100 km doğruluğunda olan ölçümlerden kuyruklu yıldızın yörüngesi biliniyordu. 24 milyon kilometre uzaklıkta başlayan yerleşik kameralar tarafından toplanan bilgi, yörüngesinin birkaç kilometre ötesinde kuyruklu yıldızın yerini incelemek için AUA’nın İşlem Merkezi’nde işlemden geçirildi. Dünya’da ilk gösteri uçuşu 4 Mart 2005'te gerçekleşti.
25 Şubat 2007’de araç, yörüngeyi doğrulamak için Mars’ın düşük rakımdaki bir kestirme yoluna göre belirlendi. Bu risksiz değildi çünkü üst geçit harekâtının tahmin edilen rakımı sadece 250 kilometreydi. Bu karşılaşma boyunca, güneş panelleri kullanılamazdı çünkü uzay aracı tehlikeli bir güç kaybına sebep olan ve 15 dakika boyunca hiçbir güneş ışığının ulaşmadığı gezegenin gölgesindeydi. Orijinal olarak bu görev için tasarlanmamış olan pillerle uçuş yaparak araç bekleme moduna alındı. Bu modda herhangi bir iletişim ağı oluşturmak mümkün değildi. Bu yüzden Mars harekâtı ‘Milyar Avroluk Kumar‘ olarak adlandırıldı. Bu uçuş gezegenin atmosferi ve yüzeyinin ayrıntılı fotoğraflarını yansıtan Rosetta ile başarılı oldu ve görev planlandığı gibi devam etti.
Dünyadaki ikinci gösteri uçuşu 13 Kasım 2007’de gerçekleşti. Dünya’ya yaklaştıkça, uzay aracı kısaca astroid olarak yanlış tanımlanmasından dolayı en küçük gezegen olan 2007 VN84’e ayarlandı.
Uzay aracı 5 Eylül 2008’de 2867 Steins asteroidine yakın bir uçuş gerçekleştirdi.800 km’den daha az bir minimum aralığa ulaşarak, yerleşik kameralar yörüngeye ince ayar yapmak için kullanıldı. Yerleştirilen cihazlar 4 Ağustos’tan 10 Eylül’e kadar asteroidin ölçümünü yaptı. Uçuş boyunca iki nesne arasındaki maksimum bağıl hız 8,6 km/s idi.
Rosetta’nın Dünyadaki üçüncü ve son uçuşu 12 Kasım 2009’da gerçekleşti.
10 Temmuz 2010 tarihinde, Rosetta, 3,168±7,5 km minumum uzaklıkta ve 15 km/s hızında, geniş bir ana kemer asteroidi olan 21 Lutetia aracılığıyla uçtu. Bu uçuş 60 metreye kadar piksel çözünürlüğünde fotoğraflar sağladı ve çoğunluğu güney yarımküre olmak üzere yüzeyin yaklaşık olarak %50’sini kapladı. 0,24 nanometreden 1 nanometreye kadar genişleyebilen 21 dar ve geniş band süzgecinden 462 fotoğraf elde edildi. Lutetia görünür ve kızılötesi termal görüntüleme spektrometresi (GKTGS) tarafından gözlemlendi ve manyetik alan ölçümleri ve plazma çevresi de alındı.
Mayıs 2014'te, Rosetta sekiz yanık dizisine başladı. Uzay aracı ve 67P kuyruklu yıldız arasındaki bağıl hız 775 m/s’den 7.9 m/s’ye kadar düştü.

67P Kuyruklu Yıldız Etrafındaki Yörünge

Ağustos 2014'te, 67P/Churyumov–Gerasimenko (67P) ile buluştu ve itici yanıkların birbirini sırasıyla izlediği, yörüngesinin hiperbolik kaçış yörüngesi olduğu çekirdekten 100. ve 50.  km’de ortalama alarak, iki ardışık üçlü yörüngeye katlanabilen bir dizi harekât başlattı. 10 Kasım’da kuyruklu yıldızdan yaklaşık 30 km içine yaklaştıktan sonra, uzay aracı hakiki yorüngeye girdi.
Rosetta’nın ulaşımından önce, 67P kuyruklu yıldızın yüzey düzeni bilinmiyordu. Uydu, yüzeye inen aracın ayrılmasının gerçekleşeceği düşüncesiyle kuyruklu yıldızla eşleşti. 25 Ağustos 2014'e kadar, beş olası konma alanı belirlenmişti. 15 Eylül 2014'te AUA, bir AUA halka açık karşılaması aracılığıyla Agilkia Adası’nın şerefine Agilkia adında J alanını duyurdu ve uzay aracının varış yeri olarak kuyruklu yıldızın başına yerleştirildi.

Sonuçlar

İlk keşiflerden birisi de, 67↨ kuyruklu yıldızın manyetik alanı 40-50 milihertz arasında salınıyordu. Bilim adamları, bunu 10.000 kat hızlandırarak sinyali düzenledi ve böylelikle insanlar bunu duyabildi. Bu sadece bir doğa olayıyken, bu şarkı olarak nitelendirildi ve György Ligeti’nin Continuum for harpsichord ile karşılaştırıldı.
10 Aralık 2014'te, 67↨ kuyruklu yıldızından alınan Rosetta tarafından belirlenmiş, su buhar bileşimi Dünya’da bulunandan büyük ölçüde farklıdır. Kuyruklu yıldızdan alınan sudaki döteryum oranının hidrojene oranı, yüzeye ait suya göre üç kat daha fazla olduğu belirlendi. Bilim adamlarına göre, Dünya’da bulunan suyun 67↨ kuyruklu yıldızı gibi kuyruklu yıldızlardan geldiğini düşünmek, bunun olası olmadığını gösteriyor.

Organik bileşikler araştırması

Önceki gözlemler gösteriyor ki, kuyruklu yıldızlar karmaşık organik bileşkeler içeriyor. Bunlar nükleik asit ve amino asit olşturan elementler, bildiğimiz gibi yaşam için gerekli olan öğeler. Kuyruklu yıldızlar, Dünya’ya geniş bir miktarda su sağladığı ve, organik moleküllerin Dünya’yı besleyebileceğini düşünülüyor. Rosetta ve Philae, kuyruklu yıldızın çekirdeğinden, gaz ve toz bulutlarından örnek alıp analiz ederek ve kuyruklu yıldız oluşumunun Dünya üzerindeki yaşamın başlangıcına katkısının olup olmadığını belirlemeye yardımcı olmak için, organik moleküller, nükleik asitler ve amino asitler üzerinde araştırma yapıyorlar. Düşen güç seviyelerine boyun eğmeden önce, Philae’nın COSAC cihazı, kuyruklu yıldızın atmosferinde organik moleküller belirleyebildi ve hibernesyondan ortaya çıkıp çıkmadığı hakkındaki araştırmaya devam edebildi.

Amino asitler

Kuyruklu yıldızın üzerine konduktan sonra, Philae, neden gerekli amino asitlerin neredeyse hepsi sol taraflı olduğu hakkında (atomların ortadaki karbon moleküne göre konumlanış biçimini belirtiyor) bazı hipotezleri test edecek. En düzensiz moleküller, yaklaşık olarak eşit sayılarda sol ve sağ elli konfügrasyonlarına göre yönlendirilir ve yaşayan organizmalar tarafından kullanılan gerekli amino asitlerin öncelikli sol el yapısı bir anomidir. Test edilecek hipotezlerden biri de, 1983 tarihinde Standford Üniversitesin’de tıp ve kimya emekli profesörleri William A. Bonner ve Edward Rubenstein tarafından önerilmişti. Onlar, helezonik radyasonlar süpernova tarafından oluşturulduğunda, bu radyasyonun, dairesel polarizasyonu tek tip “el’li” molekülleri imha edeceğini tahmin ettiler. Ayrıca boşluğa diğer yaşayan moleküllerin içine atıldığında da, süpernova tek tip molekülleri yokedebilir.

Tepkime kontrol sistemi sorunları

2006’da Rosetta, tepkime kontrol sistemindeki (TKS) bir sızıntıdan dolayı mağdur oldu. 24 çift roket yakıtı ve 10 newton iticiye sahip sistem, yolculuk süresince Rosetta’nın yörüngesinin ince ayarı ile sorumluydu. TKS, sızıntı yüzünden tasarlandığından daha düşük bir basınçta çalışıyor. AUA mühendisleri, görevin başarılı bir şekilde yerine getirilmesi için yeterli yedek yakıtlarının bulunduğu konusunda emin olmalarına rağmen, bu yakıtların yarım yamalak karışmasına ve daha kirli ve verimsiz yanmasına sebep olur.
Testler, çarklar üzerinde daha az aşınma sağlanarak sistemin daha verimli çalıştığını ortaya cıkarmasına rağmen, Rosetta’nın reaksiyon çarkı, beklendiğinden daha yüksek olduğunu gösteriyor. Hibernasyon’dan önce, reaksiyon çarklarından ikisi burnunu göstermeye başladı. Uzay aracı harekete geçtikten sonra, mühendisler kötü çark dahil reaksiyon çarkların üçünü açtı. Uygun bir şekilde çalışmayan diğer çark yedek olarak tutulacak. Ek olarak, gerekli olduğunda iki aktif reaksiyon çarkı çalışmasına olanak sağlayacak olan yeni bir yazılım yüklendi.

Yanlış tarif

Kasım 2007’de, ikinci gösteri uçuşu sırasında, Rosetta uzay aracı Dünya yakınındaki bir asteroid ile karıştırıldı ve 2007 VN84 ismi verildi. Bir anstronom Catalina Gök Araştırması’nın 0.68 metre teleskopu tarafından çekilen fotoğraflarda uzayaracını buldu ve yaklaşık 20m çapında bir asteroid olarak yanlış tanımladı. Yörünge hesaplaması, 13 Kasım 2007’de 5700 km tahmin edilen bir mesafede Dünya’ya en yakın deneme uçuşu yaptığını gösterdi. Asteroidler Dünya’ya cok yakın olarak nadiren geçiyor, bu 2007 VN84’ün Dünya’yı tehlikeye sokabileceği tahminine yol açtı. Ancak, anstronom Denis Denisenko, Rosetta araştırmasının yörünge ile eşleştiğini fark etti, kuyruklu yıldızla buluşma noktasındaki rotada, Dünya’da deneme uçuşu yapıyordu. Sonra Küçük Gezegen Merkezi, 2007 VN84’ün aslında uzay aracı olduğunu bir makalede onayladı.