Az üstökösök a Naprendszer keletkezésének idejéből, annak külső részéből származó ősanyagmaradványai. A Nap körül sokszor nagyon elnyújtott, elliptikus pályán keringenek; néhány száz méter és több tíz kilométer közötti méretű, szabálytalan alakú, nagyon porózus magjuk lazán összekapcsolódó jégből, porból és szikladarabokból áll. A Nap közelébe érve, annak sugárzásától felmelegedve az üstökösmagból gáz és por áramlik ki, ebből fejlődik a kóma és a csóva. A Naphoz újra és újra visszatérő üstökösök illékony anyaguk nagy részét fokozatosan elveszítik, és végül egy kisbolygóra hasonlító sötét, élettelen szikladarabbá válnak. Az egyik legelfogadottabb elmélet szerint kb. 4 milliárd évvel ezelőtt a fiatal Földet bombázó üstökösök juttatták el bolygónkra a ma az óceánokat megtöltő víz jelentős részét.
A Rosetta űrszonda széles körű nemzetközi együttműködésben készült. A közel 3 t tömegű, két hatalmas, összesen 64 m2 felületű napelemtáblával felszerelt keringőegység 12 távmérő műszert hordoz; a hozzá erősített 100 kg tömegű, Philae nevű leszállóegységen 11 kísérlet kapott helyet. Ez utóbbi fejlesztésében jelentős, részben meghatározó a magyar részvétel.
A Rosetta űrszonda eredetileg 2003-ban indult volna a 46 P/Wirtanen üstököshöz, de az Ariane-5 G+ rakéta meghibásodása miatt a startot elhalasztották. Arra végül egy év késéssel, 2004. március 2-án került sor; az új célpont a 67P/Csurjumov-Geraszimenko üstökös lett: keringési ideje 6,5 év, pályájának napközeli pontja (perihélium) 1,3 CSE (csillagászati egység: a Földnek a Naptól való átlagos távolsága, kb. 150 millió km), a Naptól legtávolabbi pontja (aphélium) 5,7 CSE. Gomba alakú, átlagosan 4-4,5 km átmérőjű magjának forgási periódusa 12,4 óra.
A Rosetta űrszonda több mint tízévi repülése alatt ötször kerülte meg a Napot; három alkalommal a Föld és egyszer a Mars közelében elrepülve, a bolygók gravitációs lendítőhatását kihasználva, közel 6,4 milliárd km-es út után ért az üstököshöz. Közben útba ejtett két kisbolygót, a Steinst és a Lutetiát, melyekről fényképeket készített és méréseket végzett. 2011 közepén annyira eltávolodott a Naptól, hogy a napelemek már nem szolgáltattak elegendő energiát, ezért két és fél évre kikapcsolták, ezalatt ún. mélyhibernációs állapotban repült.
A 2014 májusától végrehajtott tíz fékezőmanőverből a legutolsót augusztus 6-án hajtották végre, amikor a Rosetta 100 km-re közelítette meg az üstököst. Innentől kezdve azzal többé-kevésbé párhuzamos pályán halad, többszöri hajtómű-bekapcsolással különböző oldalakról / szögekből nagy felbontású fényképeket készít, távméréseket végez; pályaadatainak segítségével pontosan megmérik az üstökös tömegét. Annak kis gravitációja miatt csak 30 km-es távolságon belül lesz elegendő a tömegvonzás ahhoz, hogy körülötte keringő pályára álljon; erre augusztus végén kerül sor. A fényképek és mérési adatok alapján választják ki az üstökösmag felszínén azt a helyet, ahol a Philae november elején leszáll. A keringőegység fokozatosan csökkenő sugarú pályákon 10 km-re (sőt, a leszállás pillanatában rövid időre 5 km-re) közelíti meg az üstökösmagot. Körülötte keringve, az üstökössel együtt repül tovább a Napot egyre jobban megközelítve, miközben folyamatosan méréseket végez, és reléállomásként rádiókapcsolatot biztosít a Philae és a Föld között.
Tudományos mérések a keringő-egységen
A keringőegység kameráit és távmérő műszereinek nagy részét európai kutatóintézetekben fejlesztették, de több kísérletben a NASA is részt vesz. A fedélzeti berendezésekkel fényképezik az üstökös felszínét; a mikrohullámú, ultraibolya-, látható és infravörösfény-tartományban spektrális vizsgálatokat végeznek; mérik az üstökösmag felületének hőmérsékletét, valamint az üstökösből kiszabaduló szilárd részecskék és por paramétereit; tanulmányozzák az üstököst körülvevő plazmát, és mérik a mágneses tér komponenseit. Érdekes eredményeket várnak a CONSERT kísérlettől, melynek jeladóit és detektorait a keringő- és a leszállóegységen is elhelyezték, és amely rádióhullámok segítségével mintegy átvilágítja az üstökös magját.
A Philae leszállóegység
A 100 kg össztömegű leszállóegység szénszálas szendvicsszerkezetű, hatszög alapú hasáb, melynek átmérője kb. 1 m, magassága 80 cm. Öt oldallapján és a fedőlapon napelemek, a hatodik oldallapon, a fenéken és a tető szélén a kísérletek érzékelői találhatók. Energiaellátását a leszállásig a keringőegység, a leszállás és az első mérések alatt saját primer elemei, a hosszú távú működés során napelemei és akkumulátorai biztosítják. A mérési adatok átmeneti tárolást követően, 16 kiB/s átviteli sebességgel a keringőegységre, majd onnan a Földre jutnak. Ellenkező irányban ugyancsak biztosított parancsjelek, de akár új működtetőszoftver-csomagok rádiójelekkel történő továbbítása.
Leszállás előtt először felpörgetik a Philae helyzetstabilizáló lendkerekét, majd a megfelelő pillanatban a meghatározott szögben álló keringőegység egy rugó segítségével útjára indítja a Philae-t. Leszállás közben annak érzékelőket tartó karjai és három lába kinyílik, egyes mérések már meg is kezdődnek. A kis gravitáció miatt az üstökösre való leszállás akár több óráig is eltarthat. Az üstököstérés érzékelésekor, a visszapattanás elkerülésére működésbe lép a lábak energiaelnyelő rendszere, és az üstökös „talajába" lőtt horgonyhoz kötött huzallal a leszállóegységet véglegesen rögzítik.
Fantáziakép a Rosetta–Philae űrszondapárosról az ereszkedés közben (fantáziakép, ESA-C. Carreau/ATG medialab)A Philae 11 tudományos berendezésének össztömege kb. 21 kg. Egy-egy kísérletcsomag központi processzoros egységéhez általában többféle detektor kapcsolódik. Ezek segítségével mérik az üstökös felületi és felület alatti anyagának elemi, molekuláris, ásványtani és izotópösszetételét, az üstökösmag jellemzőit, így a felszínközeli szilárdságot, sűrűséget, struktúrát, porozitást, jégtartalmat, a dielektromos és hőtani sajátosságokat; a strukturális vizsgálatokon belül mikroszkopikusan tanulmányoznak egyes anyagszemcséket. A leszállóegység fúróberendezésével több mint 20 cm mélységből is nyernek anyagmintákat, melyeket azután gáz- és tömegspektrométerrel analizálnak, ill. mikroszkóppal vizsgálnak. Mérik az üstökösből kiszabaduló, a Nap ultraibolya sugárzása által ionizált gáz és a napszél kölcsönhatását, valamint a mágneses tér komponenseit. Számlálják és osztályozzák az üstökösmagból felszabaduló gázok által kilökött és utána visszahulló anyagrészecskéket.
A leszállást követően, egy kb. egynapos kampány során – az elsődleges tápelemet használva – az összes mérőműszer meghatározott sorrendben és ideig méréseket végez, a lehető legtöbb tudományos információt begyűjtve. Ezt követően, az ún. hosszú távú tudományos program keretében, a napelemek és akkumulátorok segítségével – a mindenkori energetikai, hőmérsékleti, megvilágítási stb. körülmények figyelembevételével, az üstökös helyzetének, aktivitásának és a kutatói igényeknek az alapján – a lehető leghosszabb ideig, a pálya napközeli szakaszáig folytatni szeretnék a méréseket.
Magyar részvétel a Rosetta-programban
A Rosetta keringőegységének RPC plazmamérő műszeréhez is történt magyar hozzájárulás az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont (MTA WFK, korábban KFKI Részecske- és Magfizikai Kutató Intézet) kutatói részéről, de meghatározó magyar részvétel a Philae leszállóegység felműszerezésében történt – mind a szolgálati rendszer, mind a mérőberendezések vonatkozásában.
A WFK és az SGF Kft. szakemberei fejlesztették ki a leszállóegység hibatűrő fedélzeti vezérlő és adatgyűjtő számítógépének hardverét és szoftverét; utóbbit – a változó igényeknek megfelelően – repülés alatt is többször módosították és újratelepítették. Ez a létfontosságú egység vezérli a leszállás és üstököstérés műveleteit, optimalizálja az energiaellátó rendszer működését mindenkori energia-egyensúlyt biztosítva; gondoskodik a mérőműszerek különböző, előre megtervezett konfigurációban történő működtetéséről, az adatgyűjtésről, -tárolásról és -továbbításról előzetesen felküldött parancsjelek alapján, de szükség esetén önálló döntéseket hozva.
A BME Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszékén tervezték a leszálló-egység fedélzeti energiaellátó és -elosztó rendszerét, mely gondoskodik a napelemek optimális működtetéséről, az elsődleges elemek és az akkumulátorok védelméről, utóbbiak megfelelő „menedzseléséről", azok energiájának a fogyasztók felé történő, a számítógép által vezérelt, rövidzárvédett szétosztásáról. A többszörösen redundáns rendszer egypont-meghibásodás ellen védett.
Az MTA Energiatudományi Kutatóközpont (MTA EK, korábban MTA Atomenergia Kutatóintézet) kutatói és műszaki szakemberei a Philae leszállóegység két tudományos műszerének tervezésében és elkészítésében is részt vettek, és ugyancsak részt vesznek a mérési programok kidolgozásában, a tudományos adatok kiértékelésében.
A Philae-re szerelt DIM pordetektor (forrás: MTA EK)
A ROMAP mikroprocesszoros vezérlésű nagyfeszültségű generátora (forrás: MTA EK)A magyar űrkutatók a 80-as években nagy érdemeket szereztek a Halley-üstököst vizsgáló VEGA-szondák felműszerezésében; ennek méltó folytatása a Rosetta-programban való, jelentős mértékű és eddig sikeres magyar részvétel.
