Mise Rosetta, která odstartovala 2004-03-02, je určena k dlouhodobému výzkumu komety 67P/Churyumov-Gerasimenko a k vysazení malého přistávacího aparátu na její povrch. Během deseti let, kdy bude sonda synchronizovat svoji oběžnou dráhu s drahou komety patrně dojde k setkání s nejméně jedním asteroidem.

Mise Rosetta byla schválena Výborem pro vědecké programy ESA v listopadu 1993 jako třetí program dlouhodobé kampaně Horizon 2000. Původním cílem byla periodická kometa 46P/Wirtanen, poté co musel být start odložen, byl zvolen náhradní cíl kometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Sonda uskuteční setkání s kometou, zachytí se na oběžné dráze kolem ní a bude provádět pozorování během přibližování kosmického tělesa ke Slunci. Na povrch má být vysazen soubor přístrojů označovaný jako Rosetta Lander. Jako vedlejší cíl mise se uvádí průlet kolem nejméně jednoho asteroidu.

Název mise byl zvolen podle tzv. Rosettské desky (Rosettského kamene), což je stéla z černého bazaltu, nalezená roku 1799 důstojníkem Napoleonovy armády u osady Rosette (dnešní Rašíd) v deltě Nilu. Deska pocházející z roku 196 před naším letopočtem (z období vlády Ptolemaia V) obsahuje dva identické staroegyptské nápisy v hieroglyfickém a démotickém písmu a jejich řecký překlad. Tato vzácná kombinace nápisů posloužila J.-L. Champolionovi v roce 1822 k rozluštění, do té doby tajemných, egyptských hieroglyfů. Vědci doufají, že sonda přispěje podobným průlomovým způsobem k rozluštění tajemství komet.

Dosažení ambiciózních cílů Rosetty vyžaduje respektování mnoha specifických podmínek mise. Mezi ně patří:

• Prakticky všechny vědecké přístroje je nutno instalovat na jedné straně sondy, která musí během operační fáze, včetně maximálního přiblížení na 1 km, směřovat ke kometě. Během dlouhého letu ve vzdálených oblastech Sluneční soustavy musí být přístroje vyhřívány.
• Navigační sytém musí být schopen řídit let sondy v malé výšce nad kosmickým tělesem nepravidelného tvaru se slabým, asymetrickým a rotujícím gravitačním polem a navíc v prašném prostředí s případnými výrony plynů.
• Uložení přistávacího modulu musí být takové, aby přežil dlouhou dobu přeletové fáze a aby nedošlo k jeho samovolnému uvolnění. Orbitální část musí navést přistávací aparát k jádru s maximální přesností ve směru i rychlosti a poté zajistit retranslaci signálů k Zemi.

Tyto požadavky se promítly do zásad návrhu konstrukce sondy:

• rychlost přenosu dat musí být co nejvyšší a musí respektovat obrovské vzdálenosti od Země, ve kterých bude sonda pracovat;
• přenášená dat je nutno maximálně komprimovat;
• tepelný návrh se musí vyrovnat s velkými teplotními rozdíly od extrémně nízkých teplot v největší vzdálenosti od Slunce až po maximální hodnoty poblíž komety v pericentru dráhy;
• asteroidy, kolem nichž bude prolétat, musí být sonda schopna sledovat zcela nezávisle, protože k setkání dojde velkou rychlostí a příliš daleko od Země, aby pozemní středisko mohlo přímo účinně zasahovat;
• manévrování u komety je nutno provádět s relativní rychlostí menší než několik mm/s;
• maximální hmotnost sondy včetně pohonných látek (více než 50% hmotnosti) nesmí překročit 2900 kg, což je dáno nosnou kapacitou rakety Ariane 5;
• požadovaná životnost na heliocentrické dráze musí být alespoň 11 roků - životnost se dosáhne dlouhými obdobími hibernace, ve kterých většina elektrických zařízení bude mimo provoz; tímto způsobem se dá životnost prodloužit přibližně 10x, ale stoupají nároky na palubní autonomní řízení;
• je žádoucí zálohování všech životně důležitých systémů nutných pro kritické fáze letu.

Let sondy řídí středisko ESOC [=European Space Operations Centre] v Darmstadtu (Německo). Komunikace probíhá prostřednictvím stanice ESA u New Narcia poblíž Perthu (Austrálie), která je vybavena anténou o průměru 35 m. Počáteční fáze letu a operace poblíž Země budou podporovány pozemní stanicí v Kourou (Francouzská Guayana) s 15-metrovou anténou.

Celkové náklady na misi, včetně startu a provozu činí asi 900 mil. USD, odklad startu začátkem roku 2003 o jeden rok způsobil nárůst o dalších 70 až 80 mil. USD.

Popis

Orbiter

Konstrukce sondy o suché hmotnosti asi 1200 kg je založena na středovém rámu tvaru kvádru o rozměrech 2.8x2.1x2.0 m s voštinovou hlavní základnou z hliníku. Na protilehlých bocích jsou upevněna dvě křídla obdélníkových fotovoltaických článků o ploše 2x32 m² s rozpětím 32 m. Stanice sestává ze dvou základních modulů. Nosný modul užitečného zatížení PSM [=Payload Support Module] v horní části nese vědecké vybavení a mechanismus dvou vyklápěcích tyčí. Na nosném modulu obslužných systémů BSM [=Bus Support Module], který je umístěn na spodní části, jsou uchyceny subsystémy sondy. Z boku je namontována natáčecí vysokozisková anténa a z druhé strany je upevněn přistávací aparát (lander). Panel s vědeckými přístroji je na horní podstavě a má být neustále zaměřen na kometu, zatímco anténa a sluneční baterie budou obráceny ke Slunci a k Zemi. Radiátory a žaluzie jsou namontovány na zadním a bočních panelech, které jsou odvráceny od Slunce a komety. Ve středu tělesa se nachází a spodní podstavou prochází vertikální válcová šachta motorového úseku o průměru 1.194 m vyrobená z hliníku a vyztužená prstenci.

Motor je vybaven dvěma nádržemi paliva (dvousložkový monomethylhydrazin) o objemu 1106 l a hmotnosti 660 kg a jednou nádrží okysličovadla (kysličník dusičitý) o hmotnosti 1060 kg. Startovní hmotnost sondy včetně paliva dosahuje 2900 kg. K motorové jednotce rovněž patří čtyři 35-litrové nádrže se stlačeným plynem.

Sonda je stabilizována ve třech osách, orientace je udržována 24 motorky o tahu 10 N.

Sluneční články na bázi Si a GaAs produkují 400 W ve vzdálenosti 5.2 AU od Slunce a 850 W ve vzdálenosti 3.4 AU a dobíjejí čtyři NiCd akumulátorové baterie o kapacitě 10 Ah. Komunikace se Zemí se děje prostřednictvím otočné vysokoziskové parabolické antény o průměru 2.2 m, pevné antény o průměru 0.8 m se středním ziskem a dvou všesměrových nízkoziskových antén.

Přistávací aparát (Lander)

Rosetta Lander (Roland) vyrobilo konsorcium evropských firem pod vedením DLR [=Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt] (Německo). Dalšími účastníky jsou ESA, CNES a instituce z Rakouska, Finska, Francie, Maďarska, Irska, Itálie a Velké Británie.

Přistávací modul o hmotnosti asi 100 kg je tvořen hranolem s šestiúhelníkovou podstavou o průměru 1 m a výšce 0.8 m a na jednom konci neuzavřeným. Je podepřen na nízké trojnožce. Těleso sondy sestává ze základní desky, plošinky s vědeckými přístroji a kapoty. Konstrukce je vyrobena z vysoce pevných uhlíkových vláken a překryta hliníkovým pláštěm.

Dosedací zařízení je tvořeno osovou teleskopickou trubkou, která propojuje natáčecí a zvedací mechanismus umístěný v dutině tělesa landeru a připojený spodním koncem na kardanový kloub ve středu trojnožky. Stabilizaci v jedné ose během přistávání zajišťuje setrvačník a pohyb je řízen tryskami, které jednak urychlují klesání a potom zabraňují odražení aparátu od povrchu kosmického tělesa, které se vyznačuje minimální přitažlivostí. Po dosednutí je vystřelena harpuna na lanku, která definitivně zakotví lander na kometě. Aparatura je zásobována elektřinou z GaAs slunečních článků instalovaných na horním panelu a plášti. Fotovoltaické baterie dobíjejí dva akumulátory o kapacitě 970 Wh a 110 Wh. Lander komunikuje přes orbitální část Rosetty vysílačem o výkonu 1 W v pásmu S.

Minimální projektovaná životnost na povrchu komety je 65 hodin, ale činnost na kometě může pokračovat několik měsíců.

Vědecké vybavení

Celková hmotnost vědeckého vybavení obnáší přibližně 150 kg.

Vědecké přístroje a experimenty na orbitální části:

• analýza plynů v komě a ohonu komety pomocí ultrafialového zobrazovacího spektrometru ALICE;
• experiment zjišťující vnitřní skladbu jádra komety rádiovou sondáží CONSERT [=Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio-wave Transmission] spolupracuje s podobným zařízením na přistávací části;
• hmotový analyzátor iontů COSIMA [=Cometary Secondary Ion Mass Analyzer] je určen k rozboru prachových částeček nacházejících se kolem komety;
• měření četnosti, hmotnosti, momentu a směru pohybu prachových částeček GIADA [=Grain Impact Analyser and Dust Accumulator];
• měření velikosti a tvaru prachových části MIDAS [=Micro-Imaging Dust Analysis System];
• měření povrchové teploty asteroidů a komety MIRO [=Microwave Instrument for Rosetta Orbiter];
• širokoúhlá a úzkoúhlá kamera OSIRIS [=Optical, Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System] je určena ke snímkování asteroidů a kometárního jádra;
• spektrometr neutrálních částic a iontů ROSINA [=Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis];
• měření hmotnosti, hustoty a gravitačního pole jádra na základě posunu frekvence rádiového signálu RSI [=Radio Science Investigation];
• spektrometr ve viditelném a infračerveném oboru VIRTIS [=Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer];
• plynový chromatograf a hmotový spektrometr MODULUS/Berenice;
• soubor přístrojů na sledování plazmového prostředí kolem komety RPC [Rosetta Plasma Consortium] obsahuje:
• Langmuirova sonda LAP [=Langmuir Probe];
• detektor iontů a elektronů IES [=Ion and Electron Sensor];
• magnetometr MAG [=Magnetometer];
• analyzátor složení iontů ICA [=Ion Composition Analyser];
• impedanční sonda MIP [=Mutual Impedance Probe].

Vědecké přístroje a experimenty na přistávacím modulu:

• rentgenový spektrometr APXS [=Alpha-Proton X-ray spectrometer] slouží k chemické analýze látek na povrchu komety a sledování jejich případných změn během přibližování ke Slunci;
• šest identických mikrokamer CIVA [=Comet nucleus Infrared and Visible Analyser] má přenášet panoramatické snímky a sledovat složení, texturu a odrazivost vzorků povrchu;
• experiment zjišťující vnitřní skladbu jádra komety rádiovou sondáží CONSERT [=Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio-wave Transmission] spolupracuje s podobným zařízením na orbitální části;
• zařízení na analýzu plynů EGA [=Evolved Gas Analyser] tvoří dva přístroje:
• detekce a identifikace komplexních organických molekul COSAC [=Cometary Sampling and Composition];
• přesné měření izotopických poměrů lehkých prvků MODULUS/Ptolemy;
• výzkum povrchových a podpovrchových vrstev z hlediska hmotových, tepelných a energetických poměrů MUPUS [=Multi-Purpose Sensors for Surface an Sub-Surface Science];
• sestupová a dolů směřující kamera ROLIS [=Rosetta Lander Imaging System] má přenášet první záběry místa přistání;
• magnetometr a monitor plazmatu ROMAP [=Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor];
• zařízení pro sběr a podávání povrchových vzorků doplněné vrtací hlavou SD2 [=Sampling, Drilling and Distribution];
• experiment na zjišťování povrchových elektrických, seismických a akustických vlastností SESAME [=Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiment].

Plánovaný průběh letu

Po navedení na heliocentrickou dráhu bude muset provést celou řadu dynamických operací, které ji nakonec po mnoha letech přivedou prakticky do stejné heliocentrické dráhy, po jaké se pohybuje cílová kometa. Jelikož sonda nemůže nést dostatek pohonných látek, aby všechny manévry vykonala vlastními silami, bude v hojné míře využívat gravitačních asistencí u několika planet. V březnu 2005 poprvé prolétne kolem Země, v únoru 2007 kolem Marsu a v březnu 2007 a listopadu 2009 uskuteční u Země druhý a třetí gravitační manévr.
V průběhu mnoha let putováním vesmírem má dojít také minimálně k jednomu těsnému přiblížení k planetce. V květnu 2011 pomocí vlastního motoru vykoná první setkávací manévr a v květnu 2014 další.

K setkání s kometou 67P/Churyumov-Gerasimenko by mělo dojít v srpnu 2014. Zde sonda nejprve zahájí pozorovací fázi z velké vzdálenosti při relativní přibližovací rychlosti asi 25 m/s. Ve vzdálenosti asi 300 poloměrů kometárního jádra bude vzájemná rychlost snížena na 2 m/s. V této vzdálenosti se provede důkladný průzkum polohy komety, rotace a gravitačních poměrů, než se přistoupí ve vzdáleností asi 60 poloměrů jádra k závěrečnému navedení sondy na oběžnou dráhu kolem komety. Vzdálenost se bude velice pomalu snižovat rychlostí několik cm/s a po dosažení 25 poloměrů jádra dojde konečně k zachycení sondy.
Úvodní polární oběžná dráha ve vzdálenosti 5 až 25 poloměrů jádra bude využita ke zmapování tvaru a utváření povrchu komety. Poté bude vytipováno několik oblastí pro detailní průzkum ze vzdálenosti asi 1 poloměru jádra. Do zvolené oblasti pak bude v říjnu 2014 vyslán přistávací modul. Před tím se orbitální úsek přiblíží až na vzdálenost 1 km k povrchu a teprve tam bude Lander oddělen relativní rychlostí asi 1.5 m/s.

Po přistání a zakotvení Landeru se zahájí vědecké zkoumání povrchu a výsledky budou předávány na Zemi retranslací přes orbitální část, která zůstane na oběžné dráze kolem komety.

Uskutečněné starty

Fotogalerie

Fotogalerie obsahuje celkem 22 obrázků, nejnovější byl přidán 2007-03-18.

Literatura

1. Rosetta Home Page (ESA): http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=13

Reakce čtenářů (číst/přidat)

Počet reakcí: 0

Verze pro tisk