thumb|Philae op 67P/Tsjoerjoemov-Gerasimenko (25 juli 2017) Philae is een lander van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) die samen met de Rosetta ruimtesonde op weg was naar Komeet 67P/Tsjoerjoemov-Gerasimenko. Philae is genoemd naar het eiland Philae in de Nijl, waar een obelisk werd gevonden die een rol speelde in het ontcijferen van de Steen van Rosetta. Philae landde na ruim 10 jaar onderweg te zijn geweest op 12 november 2014 succesvol op het oppervlak van de komeet 67P/Tsjoerjoemov-Gerasimenko en werd zo de eerste ruimtesonde in de geschiedenis die een gecontroleerde landing maakte op een komeet.
Dit is de eerste sonde die beelden stuurde van de oppervlakte van een komeet. Dat geeft ons meer inzicht in de samenstelling van kometen. Philae wordt gevolgd en bestuurd vanuit het European Space Operations Centre (ESOC) in Darmstadt in Duitsland.
Opbouw Opbouw Philae bestaat uit een gedeeltelijk hexagonale cilinder van met een diameter van ± 1 m en is 80 cm hoog en is aan één kant open. De constructie bestaat uit een grondplaat met daarop het instrumentarium met overkapping. De basisstructuur is een polygonale vorm, gemaakt van koolstofvezel met een aluminium beschermlaag. Philae is uitgerust met een driepotig landingsgestel. Die zijn verbonden met een centrale inschuifbare telescopische buis, die de klap tijdens het neerkomen opvangt. Het landingsgestel beschikt over schokbrekers, om terug stuiteren in de ruimte (door de zeer geringe zwaartekracht) te voorkomen. Daarnaast moesten twee harpoenen voor verankering aan de komeet zorgen, samen met raketjes die de lander tegen het komeetoppervlak drukken. Een vliegwiel zorgt voor stabilisatie tijdens de afdaling.
Energie Philae beschikt over twee accu's met een capaciteit van 970 en 110 Wh. Deze worden, mits voldoende zonlicht beschikbaar, door gallium/arseen (Ga/Ar) zonnecellen opgeladen. Deze zijn aangebracht op de zijkanten van de beschermkap.
Massa Philae heeft een massa van 100 kg.
Communicatie Philae onderhoudt verbinding met Rosetta middels een 1 W sterke zender op de S-band.
Wetenschappelijke instrumenten thumb|Schema van Philae
COSAC Experiment om de chemische samenstelling van de komeet te bepalen door middel van een grondmonsterboring (COSAC). Dit instrument analyseert de vluchtige bestanddelen in het stof van de komeet met de nadruk op complexe organische moleculen. De belangrijkste bezigheid van dit instrument is het bepalen van de elementale, isotopische, chemische en mineralogische samenstelling, waaruit de oppervlaktelaag en de laag daar net onder zijn opgebouwd. Dit leidt tot een beter begrip hoe planeten en sterren worden gevormd.Tevens onderzoekt COSAC complexe organische moleculen met een grote moleculaire massa op hun chiraliteit.
COSAC bestaat uit een pyrolytisch gedeelte, een massaspectrometer, een drukkamer met gastoevoer, een gaschromatograaf en een besturingseenheid. Het pyrolytisch gedeelte is opgebouwd uit twee types ovens gemonteerd op de SD2-boor, die in de oppervlakte boort en bodemmateriaal retourneert. Elk cilindervormig oventje is 5 mm hoog met een diameter van 3 mm en geconstrueerd uit platina. Het ene type oventje kan worden verhit tot 180 °C en beschikt over een venster dat visuele en infraroodwaarnemingen van grondmonsters door de CIVA microscopische camera mogelijk maakt. De andere typen oventjes zijn niet uitgerust met observatievensters en kunnen worden verhit tot 600 °C. Deze kunnen stapsgewijs worden verhit in 64 verschillende standen. Tussen −100 °C en +600 °C kunnen chemische analyses van vrijkomende gassen worden uitgevoerd. Echter het temperatuurbereik waarin alle mogelijke combinaties van onderzoeksinstrumenten kunnen worden aangewend is beperkt tussen −100 °C en +180 °C. Ieder oventje is uitgerust met zijn eigen platina warmte-element en een chromel-alumel thermokoppel voor temperatuurregeling. Chromel is een legering die is opgebouwd uit 90% nikkel en 10% chroom; alumel is een magnetische legering bestaande uit 95% nikkel, 2% mangaan, 2% aluminium en 1% silicium.
De lander kan draaien, waardoor de SD2-grondboor verschillende monsters op de landingsplek kan verzamelen tot een diepte van minimaal 20 cm. De monsters worden in een oven gedeponeerd. Na meting van de hoogte van het monster beweegt de oven naar een aftapeenheid. Deze drukt een gasdichte keramische bol over de oven. Deze aftapeenheid kan tot twee aangrenzende ovens bevatten om te verhitten en metingen te verrichten. Door de keramische bol lopen twee roestvrijstalen buisjes, die het vrijgekomen gas overbrengen naar de massaspectrometer en gaschromatograaf.
De gaschromatograaf bestaat uit acht identieke eenheden. Deze zijn opgebouwd met een gasinjector, capillaire buisjes van 10–15 m lengte bij een diameter van 0,15-0,25 mm en een sensor die de thermische geleidbaarheid meet. De capillaire buisjes vormen spoeltjes tot 100 mm diameter, waar bedrading langsloopt voor verhitting. Ieder spoeltje is omgeven door hittebestendige lijm. De standaardinstelling is 30 °C. De criteria voor keuze van de coatings in de buisjes was divers. Niet alleen het scheiden van organisch en anorganisch, polaire en niet-polaire verbindingen en optische isomerie van chirale moleculen is van belang. Deze coatings moeten bestand zijn tegen langdurige blootstelling aan vocht, agressieve chemische stoffen en een lange ruimtereis.
Als draaggas benut het systeem helium, opgeslagen in twee tanks van 330 cm³ onder een druk van 30 bar. Voor kalibratie maakt het gebruik van een mengsel van helium (He), neon (Ne), argon (Ar) en krypton (Kr) afkomstig uit een 25 cm³ grote tank onder 1 bar druk.
ROLIS ROLIS stuurt, zowel voor als na de landing, beelden van de landingslocatie naar de Aarde. Het bestaat uit een CCD met een resolutie van 1024 x 1024 pixels. Tijdens afdaling maakt het opnames met een beeldhoek van 75°, na het neerkomen bedraagt deze 50°. Het is op een balkonnetje op de lander gemonteerd en kijkt schuin omlaag vanaf 31 cm hoogte. Na landing op de komeet is het blikveld ruwweg 30 × 30 cm met details van 0,3 mm per pixel. De beelden zijn in rood, groen, blauw en infrarood. Er valt echter weinig zonlicht op de landingsplaats. Daarom is ROLIS uitgerust met vier series LED-jes die zowel in visueel als in nabij-infrarood licht opwekken, met een halfwaardebreedte van 100 nm en gecentreerd in spectrale banden rond 470, 530, 640 en 870 nm. Omdat Philae na het neerkomen zijn platform kan zwenken bestrijkt ROLIS de gehele omtrek van de landingslocatie. ROLIS is ontworpen om te functioneren tussen −150 °C en +30 °C, hetgeen in de praktijk neerkomt op een afstand van 1,8 tot 3,0 AU van de Zon. Het ontwerp is echter geoptimaliseerd om gedurende de afdaling en de eerste dagen op 67P/Tsjoerjoemov-Gerasimenko zoveel mogelijk gegevens te verzamelen op 3 AU. Mocht de lander langer meegaan, dan bestudeert ROLIS tevens veranderingen aan het komeetoppervlak als deze steeds warmer onder invloed van de toenemende zonnewarmte.
Het belangrijkste doel van dit instrument is mineralogisch en geomorfologisch onderzoek van het komeetoppervlak. Daarnaast kijkt ROLIS in de boorgaten en de directe omgeving er van, om wijzigingen aan het oppervlak te bestuderen. Tevens legt ROLIS vast hoe het oppervlak van de komeet verandert als deze de Zon nadert. ROLIS is 9 cm lang, 6,3 cm breed en 8,6 cm hoog. Het weegt 0,4 kg.
CIVA CIVA heeft een tweeledig doel: het brengt de kenmerken van de landingslocatie in kaart middels 360° opnamen vanaf Philae en maakt beelden van bodemmonsters. CIVA is opgebouwd uit twee delen. CIVA-P is een set panoramische en stereoscopische camera's. CIVA-M is een aan een IR-spectrometer gekoppelde microscoopcamera voor opnamen in zichtbaar en IR licht.
CIVA-P is opgebouwd uit zes camera's en bestaat uit vijf beeldsensoren en een stereoscopische camera. Deze zijn 60° van elkaar geplaatst, zodat ze een volledige 360° rondom Philae beslaan en een CCD chip met een resolutie van 1024 x 1024 pixels. Door herhaald opnames te maken en de lander te draaien ontstaat een 3D-beeld van de landingslocatie. Tevens verkrijgt de wetenschap een indruk van het albedo aldaar, activiteit van de komeet en kleine veranderingen aan diens oppervlak.
CIVA-M is gesplitst in twee delen. CIVA-M/V is een miniatuur lichtmicroscoop met een resolutie van 14 mu. CIVA-M/I is een IR spectrometer die IR spectrale beelden maakt met een resolutie van 50 mu. Dit instrument bekijkt verzamelde grondmonsters, wat minder dan vijf minuten in beslag neemt.
SESAME Het SESAME-experiment bestaat uit drie instrumenten: CASSE, PP en DIM die in totaal 1,225 kg wegen en 1,7 W aan vermogen opsouperen.
DIM, op de bovenkant van Philaes balkonnetje met een vermogen van 0,17 W en een gewicht van 0,405 kg, merkt stofdeeltjes op. Met dit instrument gaat men na hoe komeetstof weer neerdwarrelt na te zijn uitgestoten van het oppervlak door sublimerende gassen. Het legt in drie richtingen de door vallende deeltjes (tijdens hun inslag) opgewekte elektrische stroompjes vast. Hieruit kan onder meer hun snelheid, aantal en massa worden afgeleid.
CASSE gebruikt geluid om de eigenschappen van de bovenste lagen van de komeetkern na te gaan. Middels in de landingspoten aangebrachte zenders en ontvangers. Deze heeft twee modi. In de actieve modus zendt Philae geluidsgolven uit om de teruggekaatste seismische golven te meten. In de passieve stand luistert het naar eventuele seismische activiteit in de komeetkern. CASSE kan "pingen" op golflengtes tussen 0,1 en 6 kHz; het bereik van de ontvangers ligt onder 100 kHz. Bovendien leggen thermistors de temperatuur vast. CASSE verbruikt 1,25 W en weegt 0,55 kg.
PP weegt 0,27 kg en verbruikt 0,32 W. Deze proef gebruikt elektroden om de elektrische eigenschappen van de bovenste oppervlaktelaag na te gaan, in het bijzonder de permittiviteit op de landingsplaats. De belangrijkste doelen zijn nagaan hoeveel waterijs het komeetoppervlak bevat en in welke mate die hoeveelheid verandert tijdens komeetdag en komeetnacht en onder de toenemende invloed van de Zon. Hierdoor is een beter inzicht mogelijk in sublimatie van water, temperatuur, algemene samenstelling van de komeet en hoe en wanneer 67P/Tsjoerjoemov-Gerasimenko gassen uitstoot.
Dit instrument bestaat uit vijf elektrodes, waarvan twee voor ontvangst (in de landingspoten) en drie voor het uitzenden van elektrische stroompjes (één in de landingspoot, één in de nabijheid van APXS en één op de MUPUS-Pen). Deze kunnen tot op een diepte van twee meter metingen verrichten. Ook dit instrument heeft een passieve modus, om plasmagolven op te sporen die ontstaan door inwerking van de zonnewind op uitgestoten komeetmateriaal. Het zond uit op golflengtes tussen 0,01 en 10 kHz; ontvangst geschiedde tot op 20 kHz.
MUPUS Deze onderdelen van de lander onderzoeken de thermische geleidbaarheid en temperatuurvereffeningscoëfficiënt, het temperatuurprofiel en eigenschappen van het komeetstof aan en net onder de oppervlakte van de landingsplek. De belangrijkste doelen van dit experiment zijn een beter begrip van de eigenschappen en opbouw van de bodemlagen net onder het oppervlak. Bovendien volgt dit experiment de verschillen die hierin optreden, terwijl de komeet de Zon nadert. Verder probeert MUPUS onder andere na te gaan hoe de energiebalans en massabalans in de loop der tijd wijzigt.
MUPUS is opgebouwd uit verschillende componenten. Een versnellingsmeter (ANC-M) en een thermometer (ANC-T) bevestigd op een harpoen. De versnellingsmeter meet in welke mate de snelheid van de harpoen afneemt tijdens binnendringen in het oppervlak, waaruit eigenschappen van de bodem kunnen worden bepaald. De thermometer meet gedurende langere tijd wijzigingen in de bodemtemperatuur. Een infrarode scanner (TM) bovenop Philae meet de IR-straling van de bodem rond de lander en bepaalt zo de bodemtemperatuur.