Missão Rosetta: Uma História sobre Ciência Espacial

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Eloi Jr

A Missão

● Projeto aprovado em novembro de 1993 no Programa de Ciências da ESA (Agência Espacial Européia)

● Cientistas e engenheiros da Europa e dos EUA reuniram talentos na construção de um Orbiter e um Lander numa expedição única para pesquisar os segredos de um misterioso mundo pequeno de gelo – um cometa!

● Inicialmente agendado para ser lançado em Janeiro de 2003● Partiu em Março de 2004 no foguete europeu Ariane 5 numa

base em Kourou na Guiana Francesa● 3 toneladas de ciências!

A Partida

A Missão

● Viajou durante 10 anos pelo Sistema Solar, atravessando o cinto de asteroides e seguiu no espaço

● Viajou mais de cinco vezes a distância da Terra ao Sol

● Destino: um cometa periódico chamado Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

A Missão

● O Orbiter Rosetta se aproximará do cometa 67P e permanecerá na mesma rota ao seu lado

● O Orbiter irá liberá uma sonda robótica, Philae, que irá pousar no misterioso iceberg cósmico

● Dois grandes feitos!

Missão Histórica

● Rosetta é a primeira espaçonave a orbitar o núcleo de um cometa● Primeira espaçonave a voar ao lado de um cometa avançando

Sistema Solar adentro● Primeira espaçonave a examinar como um cometa congelado é

transformado a partir do calor do sol● Primeira sonda a pousar no núcleo de um cometa (Sumiu!)● Primeira sonda europeia a atravessar o cinto de asteroides

principal num encontro real e próximo com um ou mais desses objetos primitivos

● Primeira espaçonave a voar perto da órbita de Júpiter utilizando células solares como fonte principal de energia

Por que Rosetta?

● Rosetta Stone: Um pedaço de basalto vulcânico - agora no Museu Britânico, em Londres - foi a chave para desvendar a civilização do Egito antigo

● Soldados franceses descobriram essa pedra em 1799 quando estavam se preparando para demolir um muro próximo da vila de Rashid (Rosetta) no delta do Nilo no Egito

● Possui inscrições esculpidas incluindo hieróglifos - língua escrita do Egito antigo – e grego

● Após a rendição francesa em 1801, a pedra de 762kg foi entregue aos britânicos

Bilhar Cósmico

● Nenhum foguete existente atualmente é capaz de enviar uma espaçonave de 3 ton diretamente para o cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko

● Primeiro inserida em uma órbita de estacionamento● Saltou pelo Sistema Solar como uma bola de bilhar cósmica● Circulou o Sol quase 4 vezes durante sua viagem de cerca de 10 anos● Entrou duas vezes no cinto de asteroides e ganhou velocidade com

'chutes' gravitacionais de Marte (2007) e Terra (2005, 2007 e 2009)● Durante os retornos a Terra, ficou à distância de 300 a 14 mil

quilômetros para operações de rastreamento, determinação de órbita e checagem da carga

● Veja o vídeo! (rosetta-orbita.mp4)

Hibernação

● Maior desafio: assegurar que a espaçonave iria sobreviver aos perigos do espaço profundo por mais de 10 anos

● Para limitar consumo de energia e combustível e minimizar custo operacional

● Girava uma vez por minuto enquanto ela apontava para o Sol para que os painéis solares recebessem o máximo de energia solar possível

● Quase todos os sistemas elétricos desligados com exceção de um receiver de rádio, decodificadores e fontes de energia

Cometas

● Podem conter moléculas complexas de carbono – compostos ricos em carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio

● São elementos que fabricam ácido nucleico e aminoácidos, ingredientes essenciais a vida

● Considerados os mais velhos blocos de construção do nosso Sistema Solar

● Os mais primitivos objetos no Sistema Solar● Rosetta poderá permitir cientistas olharem cerca de 4600

milhões de anos atrás numa época onde não existiam planetas ainda, apenas um vasto enxame de asteroides e cometas circundando o Sol

Cometas

● Aparentemente não existe uma clara separação entre um cometa e um asteroide

● Supõem-se que existam mais cometas do que astrônomos possam contar

● São denominados icebergs do espaço por serem formados de material glacial e rochas

● Quando um cometa segue na direção do sol, ele começa a evaporar formando uma espécie de cauda

● Podem guardar a chave para descobrir os mistérios do início da vida

Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko

● Objetivo da missão Rosetta: perseguí-lo!● Regular visitante do interior do Sistema Solar● Orbita o Sol a cada 6.5 anos entre as órbitas de Júpiter e Terra● Observado pela primeira vez em 1969 por astrônomos de Kiev visitando

o Alma-Ata Astrophysical Institute in Kazakhstan● Em 20 de setembro, Klim Churyumov estava examinando um foto tirada

por Svetlana Gerasimenko quando ele notou outro objeto em forma de cometa

● Foi observado da Terra em 7 aproximações do Sol: 1969, 1976, 1982, 1989, 1996, 2002 e 2009

● Foi estimado uma forma irregular com tamanho de aproximadamente 3x5 km

Rosetta Orbiter

● Caixa grande de alumínio com instrumentos científicos montados na parte de cima e subsistemas na base (Bus Suport Module)

● Possui um antena de alto ganho dirigível de 2.2m em formato de disco

● Possui 2 enormes 'asas' de painéis solares, cada um com 32 metros quadrados, divididos em 5 painéis, que podem rotacionar +- 180 graus para poder capturar o máximo de luz solar possível

● Uma vez próximo, os instrumentos científicos são apontados para o cometa e a antena e painéis solares apontam para o Sol e Terra

Rosetta Orbiter: Propulsão

● No coração da espaçonave está o sistema de propulsão principal: tubo de empuxo vertical com dois grandes tanques de propelente (combustível e oxidante)

● Possui ainda 24 propulsores para correção e controle de trajetória e altitude com força de 10 Newtons cada (mais ou menos o mesmo experimentado por alguém segurando um grande saco de maças)

● Mais da metade do peso no lançamento da espaçonave inteira é de propelente

Rosetta: Empreendimento Internacional

● O time industrial de Rosetta envolve mais de 50 empreiteiros com 14 países europeus e os EUA.

● O contrato da espaçonave principal é da Austrium Alemã.

● Principais subcontratos são Astrium UK (plataforma), Austrium França (nave espacial e aviônicos) e Alenia Spazio (montagem, integração e verificação)

● Centro de Operações da Missão durante os 12 anos de jornada fica na ESA em Darmstadt, Alemanha

Rosetta Orbiter: Outras informações

Rosetta Orbiter: Instrumentos

Instrumentos Rosetta Orbiter: ALICE

● Ultraviolet Imaging Spectrometer: Análise de gases no coma e na cauda e medidas de taxas de produção do cometa de água e monóxido/dióxido de carbono. Também fornece informações sobre a composição da superfície do núcleo

● Principais pesquisadores: Alan Stern, Southwest Research Institute, Boulder, Colorado, USA

Instrumentos Rosetta Orbiter: ALICE

Instrumentos Rosetta Orbiter: CONSERT

● Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission: Sonda o interior do cometa através do estudo de ondas de rádio que são refletidas e dispersas pelo núcleo

● Principais pesquisadores: Wlodek Kofman, Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, Grenoble, França

Instrumentos Rosetta Orbiter: CONSERT

Instrumentos Rosetta Orbiter: COSIMA

● Cometary Secondary Ion Mass Analyser: irá analisar as características dos grãos de poeira emitidos pelo cometa, incluindo sua composição e se eles são orgânicos ou inorgânicos

● Principais pesquisadores: Martin Hilchenbach, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau, Alemanha

Instrumentos Rosetta Orbiter: COSIMA

Instrumentos Rosetta Orbiter: GIADA

● Grain Impact Analyser and Dust Accumulator: mede o número, massa, energia e distribuição da velocidade dos grãos de poeira vindo do núcleo e de outras direções (refletidos pela pressão da radiação solar)

● Principais pesquisadores: Alessandra Rotundi, Università degli Studi di Napoli "Parthenope", Naples, Itália

Instrumentos Rosetta Orbiter: GIADA

Instrumentos Rosetta Orbiter: MIDAS

● Micro-Imaging Dust Analysis System: estuda o ambiente de poeira em volta de asteróides e cometas. Fornece informação sobre população de partículas, tamanho, volume e forma

● Principais pesquisadores: Mark Bentley, Institut für Weltraumforschung, Graz, Aústria

Instrumentos Rosetta Orbiter: MIDAS

Instrumentos Rosetta Orbiter: MIRO

● Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter: é usado para determinar a abundância de gases principais, taxa de desgaseificação da superfície e temperatura da subsuperfície do núcleo

● Principais pesquisadores: Samuel Gulkis, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, USA

Instrumentos Rosetta Orbiter: MIRO

Instrumentos Rosetta Orbiter: OSIRIS

● Optical, Spectrocopic and Infrared Remote Imaging System: possue uma câmera de ângulo largo e uma de ângulo estreito que pode obter imagens de alta resolução do núcleo do cometa

● Principais pesquisadores: Holger Sierks, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau, Alemanha

Instrumentos Rosetta Orbiter: OSIRIS

Instrumentos Rosetta Orbiter: ROSINA

● Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis: contêm dois sensores que irão determinar a composição da ionosfera e atmosfera do cometa, a velocidade das partículas de gás eletrificadas e as reações que elas tomam parte. Investigará também possível gaseificação de asteroides

● Principais pesquisadores: Kathrin Altwegg, Universität Bern, Suíça

Instrumentos Rosetta Orbiter: ROSINA

Instrumentos Rosetta Orbiter: RPC

● Rosetta Plasma Consortium: Neste instrumento, cinco sensores medem as propriedades físicas do núcleo, examinam a estrutura do coma interior, monitoram a atividade de cometas, e estudam a interação do cometa com o vento solar

● Principais pesquisadores: Suécia, Suíca, Alemanha, USA, França e Reino Unido

Instrumentos Rosetta Orbiter: RPC

Instrumentos Rosetta Orbiter: RSI

● Radio Science Investigation: Mudança de frequência nos sinais de rádio da espaçonave serão utilizadas para medir a massa e gravidade do núcleo do cometa para deduzir sua densidade e estrutura interna, para definir a orbita do cometa e estudar seus comas internos

● Principais pesquisadores: Martin Pätzold, Rheinisches Institut für Umweltforschung an der Universität zu Köln (RIU-PF), Cologne, Alemanha

Instrumentos Rosetta Orbiter: VIRTIS

● Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer: mapeia e estuda a natureza dos sólidos e da temperatura na superfície do núcleo. Também identifica gases de cometas caracterizados pelas condições físicas do coma e ajuda a identificar o melhor lugar para pouso

● Fabrizio Capaccioni, Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Rome, Itália

Instrumentos Rosetta Orbiter: VIRTIS

Rosetta Lander (Philae)

● Peso: 100 kg sendo 21kg apenas de instrumentos para experiências● Consórcio: Liderança da Alemanha com participação Áustria, Finlândia, França, Hungria,

Irlanda, Itália e Reino Unido● Comandada para se ejetar automaticamente do Orbiter uma vez que este esteja alinhado

corretamente● Possui três pernas para proporcionar uma gentil aterrissagem● No pouso as pernas reduzem a energia cinética diminuindo chances da sonda saltar e ser

lançada de volta (gravidade do cometa extremamente fraca)● As pernas permite a rotação, giro e elevação da espaçonave para colocá-la na posição

vertical após o pouso● Imediatamente após o pouso um arpão é usado como âncora para segurar a espaçonave no

cometa● Estrutura toda formada de fibra de carbono● Uma antena transmite dados da superfície para a Terra utilizando o Orbiter● Também possui instrumentos (broca) para perfurar e retirar amostra da superfície

Rosetta Lander (Philae)

Instrumentos Philae Lander: APXS

● Alpha X-ray Spectrometer: está baixo e dentro dos 4 cm do chão, detecta partículas alpha e raios-x, que fornecem informação na composição de elementos da superfície do cometa

● Göstar Klingelhöfer, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz, Alemanha

Instrumentos Philae Lander: ÇIVA

● ÇIVA Six: micro câmera idênticas tiram fotos panorâmicas da superfície. Um espectrômetro estuda a composição, textura e albedo (refletividade) de amostras coletadas da superfície

● Jean-Pierre Bibring, Institut d'Astrophysique Spatiale, Université Paris Sud, Orsay, França

Instrumentos Philae Lander: CONSERT

● Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission: sonda a estrutura interna do núcleo. Ondas de rádio do experimento CONSERT no Orbiter viajam através do núcleo e são retornadas pelo transpoder no Lander

● Wlodek Kofman, Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, Grenoble, França

Instrumentos Philae Lander: COSAC

● Cometary Sampling and Composition experiment: é um de um dos dois analisadores de gás evoluídos. Detecta e identifica moléculas orgânicas complexas da sua composição elementar e molecular

● Fred Goesmann, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Katlenburg-Lindau, Alemanha

Instrumentos Philae Lander: PTOLEMY

● PTOLEMY é um analisador de gás evoluído que obtêm medições precisas de relações isotópicas de elementos leves

● Ian Wright, Open University, Milton Keynes, UK

Instrumentos Philae Lander: MUPUS

● Multi-Purpose Sensors for Surface and Subsurface Science: utiliza sensores de âncora, sonda e exterior do Lander para medir as propriedades da densidade, térmicas e mecânicas da superfície

● Tilman Spohn, Institut für Planetenforschung, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Berlin, Alemanha

Instrumentos Philae Lander: ROLIS

● Rosetta Lander Imaging System: é uma câmera CCD para obter imagens de alta resolução durante a descida e imagens stereo panorâmicas de áreas amostradas por outros instrumentos

● Stefano Mottola, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Berlin, Alemanha

Instrumentos Philae Lander: ROMAP

● Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor: é um magnetômetro e um monitor de plasma que estuda o campo magnético local e interação vento solar/cometa

● Hans-Ulrich Auster, Technische Universität, Braunschweig, Germany; István Apáthy, KFKI , Budapest, Hungria

Instrumentos Philae Lander: SD2

● Sample and Distribution Device: perfura mais de 20cm na superfície, recolhe amostras e distribui-as em diferentes fornos para inspeção microscópicas

● Amalia Ercoli-Finzi, Politecnico di Milano, Milan, Itália

Instrumentos Philae Lander: SESAME

● Surface Electrical Sounding and Acoustic Monitoring Experiments: Três instrumentos medem propriedades das camadas exteriores do cometa. O experimento de superfície Cometary Acoustic Sounding Surface Experiment (CASE) mede a maneira em que o som viaja através da superfície. O Permitivity Probe (PP) investiga suas características elétricas e o Dust Impact Monitor (DIM) mede a poeira que cai de volta para superfície

● CASSE e DIM na Alemanha e PP na Finlândia

Rosetta: Encontro e Aproximação (Jan-May 2014)

● Lembrando: partida em Março de 2004 num foguete Ariane 5● Fase extremamente complexa● Antes da obtenção de imagens pelo Rosetta, cálculos

precisos sobre sua órbita feito por observações feitas em Terra foram essenciais

● Fase de aproximação● Rosetta saiu do estado de hibernação e começou a executar

manobras de freagem● Propulsores disparados por várias horas para reduzir

gradualmente a velocidade para 2 m/s após 90 dias

Rosetta: Mapeamento e Caracterização (Ago 2014)

● Há menos de 200km do núcleo imagens da Rosetta demonstraram orientação dos eixos de giro, velocidade angular, principais paisagens e outras características

● Eventualmente poderia ser inserida em uma órbita há apenas 24 km do núcleo

● Ao mapear o núcleo 5 locais potenciais de pouso foram selecionados

Periélio de 2015 (Sol mais próximo)

Rosetta: Pouso do Lander (Nov 2014)

● Sonda Philae parte para pouso no cometa● Nas primeiras 64 horas de separação, Philae enviou vários dados:

imagens detalhadas da superfície, captou compostos orgânicos, fez reconhecimento de propriedades do ambiente e da superfície do cometa

● 12 de Nov de 2014: Bem vindo a um cometa!● Infelizmente uma falha do sistema de arpão da sonda permitiu ela saltar

três vezes antes de se fixar em um ângulo em uma vala escura. Longe do sol!

● Pouso confirmado! Porém, operou por 2.5 dias antes de entrar em hibernação e perder contato!

● Telemetrias indicavam temperatura -45°C e pouco mais de 5.5W de força● O hardware era capaz de suportar até -55º C

Philae

Philae: A Busca

● Em Janeiro de 2015, cientistas enviaram um comando para que Philae efetuasse um giro na esperança de tirar poeira dos seus painéis solares

● Em junho de 2015, Philae saiu da hibernação sete meses após quicar dramaticamente na superfície do cometa

● Estava programada para desligar automaticamente após cada duas unidades de transmissão

● Após 13 de Junho de 2015, Philae fez sete intermitentes contato com Rosetta

● 9 de Julho 2015: Último contato de Philae● Problema principal: falta de luz solar para recarregar as baterias

secundárias● Nada sobre o local exato do pouso!

Philae: A Busca

● O primeiro sinal recebido em 13 de junho disparou uma série de teleconferências, discussões e necessidade de tomada de decisões imediata

● A trajetória da sonda Orbiter Rosetta teve que ser otimizada imediatamente para ser compatível com o sinal de Philae

● Durante esse período Rosetta estava há aproximadamente 200 km do cometa

● Nada sobre o local! Nenhum novo contato!

Missão Rosetta

● Está a aproximadamente 367 milhões de distância da Terra

● Aproximadamente 80% do objetivo da missão em atividades científicas foi cumprido

Adeus a sonda Rosetta!

● Depende da energia Solar e está se afastando cada vez mais● O Sol já está cerca de 8 vezes menos forte que quando estava no periélio● Rosetta só havia sobrevivido em outra oportunidade a tamanha distância por

estar em estado de hibernação● Não há mais força para funcionar todos os seus subsistemas● O instrumento utilizado para se comunicar com Philae (Electrical Support

System Processor Unit) foi desligado dia 27/07/2016● A fase final da missão será emocionante e trará imagens ainda mais próximas

do cometa● Mas será trágica!● Rosetta será programada para se espatifar (impacto controlado) no cometa no

dia 30 de Setembro de 2016 e antes disso enviar o máximo de dados possível!

Contagem regressiva para o impacto!

“Rosetta: I heard your plans for me - To die in glory.To know the time of my demise and full closure of my grand adventure...” Rosetta Lament

Era para ter sido assim...

Onde você estará agora?

Philae Encontrada!

● Menos de 1 mês para o fim da missão, a câmera de alta resolução de Rosetta revelou Philae Lander encravada em uma rachadura escura no cometa 67P!

● As imagens foram tiradas no dia 2 de Setembro de 2016 pela câmera de ângulo restrito OSIRIS

● As imagens provam também que a orientação da espaçonave tornava muito difícil qualquer comunicação

Philae Encontrada!

“With only a month left of the Rosetta mission, we are so happy to have finally imaged Philae,

and to see it in such amazing detail,” says Cecilia Tubiana of the OSIRIS camera team, the first person to see the images when they

were downlinked from Rosetta yesterday (4 de Setembro de 2016)

Achou!!! Philae encontrada!

Philae Encontrada!

Imagem: 17/01/2016 – 83.4 km do núcleo

Imagem: 13/01/2016 – 87 km do núcleo

Imagem: 05/09/2016 – 4 km do núcleo

Imagem: 05/09/2016 – 4 km do núcleo

Imagem: 22/08/2016 – ~5.6km do núcleo

Imagem: 27/08/2016 – 5km do núcleo

Imagem: 02/09/2016 – 2.7 km do núcleo

Obrigado!

Eloi Jr @eloijr

Fontes

● ESA: http://www.esa.int/ESA● planetary.org: http://goo.gl/ebRnfd● blogs.esa.int: http://goo.gl/Q2UzwA● Bastidores do Time Philae/Atuação do Hardware:

http://goo.gl/Cu32LX● http://sci.esa.int/where_is_rosetta/● @ESA_Rosetta● @Rosetta_OSIRIS