62
Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometa Politecnico di Milano Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali Prof. Franco Bernelli

Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

  • Upload
    others

  • View
    22

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometa

Politecnico di Milano

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali

Prof. Franco Bernelli

Page 2: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The Rosetta mission

A «staggeringly ambitious plan»2

a comet Courtesy of ESA

It’s the first space mission ever

launched to:

• chase

• orbit around

• land on

• sample

• perform scientific observation of:

o comet’s nucleus

o coma

Page 3: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The Rosetta mission

A «staggeringly ambitious plan»

Why targetting a comet?

Because…

• Comets are made of primordial materials

• Comets remain inert for a very long time small changes expected

in their original formation

• Comets transport materials (organic? life building blocks?) from one

side to the other of the Solar System

They may represent a key element to step

forward in the life formation understanding

3

Page 4: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The Rosetta mission

A «staggeringly ambitious plan»

1. “Global characterisation of the nucleus, determination of dynamic

properties, surface morphology and composition

2. determination of the chemical, mineralogical and isotopic

compositions of volatiles and refractories in a cometary nucleus”

The Rosetta space mission main objective

(citation from sci.esa.int/rosetta)

To study the origin of comets, the relationship between

cometary and interstellar material, and its implications

with regard to the origin of the Solar System

translates into…

4

Page 5: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The Rosetta mission

A «staggeringly ambitious plan»

3. “Determination of the physical properties and interrelation of

volatiles and refractories in a cometary nucleus

4. Study of the development of cometary activity and the processes in

the surface layer of the nucleus and the inner coma (dust/gas

interaction)

5. Global characterisation of asteroids, including determination of

dynamic properties, surface morphology and composition.”

(citation from sci.esa.int/rosetta)

5

Page 6: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta’s final target

Comet Churymov-Gerasimenko (C-G) / 67P

67P/CG from Hubble

Courtesy of ESA

67P/CG from Osiris camera on board Rosetta, July2014

6

Page 7: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Philae

The Rosetta mission

What is needed to achieve the goal?

Courtesy of ESA

Rosetta Philae

7

an orbiter Rosetta, with 11 scientific experiments

a lander Philae, with 10 scientific instruments for in

situ analysis of the comet surface

Page 8: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The orbiter

The case to protect body size: 2.8 x 2.1 x 2.0 m

To talk high gain antenna diameter: 2.2 m

The energy source photovoltaic Si cells: 2wings, 32m2 wide

each, still providing 400W at

760000000 km from the Sun!!

Launch mass 3000 kg:

• Propellant: 1670 kg

• Science payload: 165 kg

• Lander: 100 kg

Max power demand 900W

The Rosetta space system main facts

Courtesy of ESA

8

Page 9: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Missions to comets

• ISEE-3/ICE

• Vega 1 and 2

• Sakigake

• Suisei

• Giotto

• Stardust

• Deep Impact

Giacobini-Zinner

(1985)

Halley (1986)

Wild 2 (2004)

Tempel 1 (2005)

Giotto

Stardust

Deep impact

minimum distance of 596 km

Comet dust returned to

Earth

9

Page 10: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta mission

conception and design phase

Courtesy of ESA

10

Rosetta mission was:

conceived in the late 1970s

approved in 1993 as a Cornerstone Mission

Launched in 2004 by Ariane 5 rocket, form

Kourou French Guiana

Page 11: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta Mission: history

‣ First conceived in the late ‘70s to explore comet 46P/Wirtanen

RoLand (Germany, Italy)Champollion (France, USA)

11

Page 12: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta Mission: history

‣ Approved by ESA in the early ‘90s to explore comet 46P/Wirtanen

Philae (Germany, France, Italy)

Philae

Rosetta

12

Page 13: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta Mission: launch

‣ Planned launch: March 2003

Ariane 5 failure: 11 December 2002

13

Page 14: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta Mission: launch

‣ Planned launch: March 2003

46P / Wirtanen

‣ Actual launch: 02/03/2004

67P/Churyumov-Gerasimenko

14

Page 15: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The consortium for the design and

construction phases15

Page 16: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Solar Array Assembly

Courtesy of

Selex ES

16

Page 17: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Philae Lander: scientific instruments17

Page 18: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Philae Lander: SD2 drill … a long history

Drill prototype test, Etna, 2002

18

Page 19: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta mission timeline

Event Date

Launch March 2004

1st Earth Gravity Assist (GA) March 2005

Mars GA February 2007

2nd Earth GA November 2007

Flyby of Asteroid Steins September 2008

3rd Earth GA November 2009

Flyby of Asteroid Lutetia July 2010

Hybernation July 2011

Wake-up January 2014

Comet rendezvous May 2014

Philae Landing November 2014

Comet Closest Approach to the Sun August 2015

Nominal Mission End December 2015

19

Page 20: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta Mission

The long journey20

Page 21: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

first Earth flyby

NAVCAM

4 March 2005

Moonrise Earth

21

Page 22: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

Mars flyby

OSIRIS WAC

Ultraviolet image

24 February 2007

Clouds in Mars

atmosphere

22

Page 23: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta«selfie» during Mars flyby

CIVA Image

25 February 2007

About 1000 km distance

Courtesy of ESA

23

Page 24: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

second Earth flyby

NAVCAM image

13 November 2007

About 6250 km from

surface

Courtesy of ESA

24

Page 25: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

close encounter with asteroid Steins

Courtesy of ESA

A diamond in space

OSIRIS image – 5 September 2008 – 800 km distance

25

Page 26: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

third Earth flyby

OSIRIS image

November 2009

About 350000 km distance

Courtesy of ESA

26

Page 27: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

third Earth flyby

VIRTIS images

13 November 2009

About 230000 km distance

Courtesy of ESA

27

Page 28: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

close encounter with asteroid Lutetia

OSIRIS images – 10 July 2010 – 51000-81000 km distance

Courtesy of ESA

28

Page 29: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

close encounter with asteroid Lutetia

OSIRIS images

10 July 2010

Closest approach – 3160km

Courtesy of ESA

29

Page 30: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

close encounter with asteroid Lutetia

OSIRIS image

Lutetia & Saturn

Courtesy of ESA

30

Page 31: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta the expected shape …

Lamy et al., 2007

31

Page 32: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

February 2 July 4

credits: ESA/OSIRIS

August 3

Rosetta

… and the actual shape!

2014

32

Page 33: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

From

100 km

Rosetta

Comet fact sheet

credits: ESA/OSIRIS

33

From on acquired scientific data,

preliminary infos on the target

have been obtained

Mass: 1013 kg

Volume: 25 km3

Density: 0.4 g/cm3

Rotational

period: 12.4 hours

Page 34: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione RosettaFrom the NAVCAMCourtesy of ESA

34

Page 35: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione RosettaCourtesy of ESA

35

Comet from 8.7 km

February 14, 2015

Page 36: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione RosettaCourtesy of ESA

36

Comet from 8.7 km

January 22, 2015

Page 37: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

hovering around the comet37

Page 38: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Image from CIVA -

7 October from a

distance of about

16 km from the

comet

Rosetta Selfie

Courtesy of ESA

38

Page 39: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

landing site selection

credits: ESA

39

Page 40: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

landing site40

Page 41: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Navcam acquisition

Relative ditance 600 m

Rosetta

landing site

credits: ESA

41

Page 42: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

How does Philae harpoon the comet?

Ice-screws

Ice-screws

Thruster

42

Page 43: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

Close orbit to lander deployment43

Page 44: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Rosetta

Philae Descent and Science on the surface44

Page 45: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

November 12, 2014 45

Page 46: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

November 12, 2014

Rosetta Mission Control Center (Darmstatd) …

46

Page 47: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Evening of November 12, 2014 … 47

Page 48: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

November 13, 2014 – the first image 48

Page 49: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

November 13, 2014: the planned operations 49

Page 50: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

November 14, 2014: SD2

1. Drill to the position 250 mm

2. Extract the sampling tube and

rotate to perform a coring

3. Translate back to home position

4. Rotate Carousel to move the desired oven under the

drill

5. Discharge the sample into the oven

6. Rotate Carousel to move the oven with its sample

under COSAC

7. Rearm the drill bit before the next drilling and

sampling activity

SD2 procedure:

50

Page 51: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Final sequence of operations 51

Page 52: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

• No mechanical movements

ROMAP: Magnetometer

CONSERT: Sounding Experiment by Radiowave Transmission

MUPUS: temperature mapping

Block 1

Final sequence of operations 52

Page 53: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Safe block

• No mechanical movements

ROMAP: magnetometer

MUPUS: temperature mapping

SESAME-DIM: dust impacts monitor

COSAC and PTOLEMY sniffing

Final sequence of operations 53

Page 54: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Block 6

• Mechanical movements

MUPUS: hammering mode to measure compressive strength

APXS: Alpha proton X-ray spectrometer to measure composition

SESAME-CASSE: sounding experiment (seismograph and sonar)

Final sequence of operations 54

Page 55: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Block X

• Mechanical movements

SD2: drilling and sample collection

COSAC: sample analysis

Lander rotation to increase power production

PTOLEMY: sniffing of the Carbosphere oven

ROLIS: image of the soil after lander rotation

CONCERT: sounding experiment by radiowave transmission

Final sequence of operations 55

Page 56: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Communications with Philae

Block X

13 Nov. 2014 13 Nov. 2014 14 Nov. 2014 14 Nov. 2014

56

Page 57: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Actual and planned operations 57

Page 58: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The end of the first science sequence

Increase of scientific activity Decrease of energy stored in the battery

November 14, 2014

58

Page 59: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

5 cometary days 59

Page 60: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

But where is Philae? 60

Page 61: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

The staff behind Philae 61

Page 62: Missione Rosetta: come raggiungere ed esplorare una cometafds.mate.polimi.it/file/seminari_cm/seminari/file/... · Missione Rosetta The Rosetta mission A «staggeringly ambitious

Missione Rosetta

Conclusion 62