¿Por qué Philae no está provisto de un sistema de propulsión?

Permítanme ampliar un poco la respuesta de @Tildalwave. La mayoría de los módulos de aterrizaje en cuerpos sin aire necesitan un sistema de propulsión, porque de lo contrario irían demasiado rápido para aterrizar. Pero eso es solo porque la mayoría de los aterrizajes se han realizado en objetos con mucha masa gravitacional. Tratemos de averiguar cuál sería la velocidad de escape. Wikipedia nos da las siguientes pistas, incluida información sobre cometas :

• Tamaño: 4 km de diámetro
• Forma: Irregular, pero de forma aproximadamente ovalada.
• Densidad promedio de cometas: 0.6 g/cm^3

De acuerdo, eso no es mucho para continuar, pero ¿qué podemos deducir de eso? Bueno, no mucho, pero tratemos de averiguar una masa, y luego escapemos de la velocidad. Aquí están los números que conducen a eso:

• Volumen: (esfera de 4 km de diámetro)$3.4 \times 10^{16}$cm$^3$
• Masa:$2.0 \times 10^{13}$kg
• Velocidad de escape (a 2 km del centro de masa): 1,2 m/s

De acuerdo, esa es una velocidad de escape bastante baja, caminar sería más que suficiente, ¡y podrías saltar fácilmente del cometa! Entonces, ¿qué necesitarías hacer si intentaras aterrizar activamente en él?

1. Algún tipo de sistema de radar, para saber qué tan cerca estabas del suelo
2. Sistema de propulsión

Esos toman poder y masa, agregando mucha complejidad. La alternativa es hacer que Rosetta te ponga en una trayectoria balística, aterrizando exactamente a la velocidad de escape. No es difícil absorber un impacto de 1 m/s. De hecho, el Mars Phoenix Lander aterrizó a 2,4 m/s en Marte, lo que hace que esto sea aún más realista.

El sistema de propulsión hace que todo sea más complicado. La única ventaja real sería algún tipo de capacidad de aborto y un aterrizaje ligeramente mejorado desde Rosetta, pero eso es bastante insignificante en comparación con la complejidad adicional de la misión. El delta v requerido para cambiar de orbital a balístico es insignificante para Rosetta, y de todos modos ya requiere tales capacidades. ¿Por qué molestarse en agregar otros varios sistemas complejos?

En realidad, Philae tiene un sistema de propulsión. Como se explica en esta pregunta relacionada , su sistema de descenso activo utiliza un propulsor de gas frío para impulsar el módulo de aterrizaje hacia el cometa si es necesario.

Realmente no lo necesita y aumentaría innecesariamente su masa. Rosetta asumirá una órbita relativamente lenta y probablemente muy elíptica alrededor de 67P/Churyumov-Gera... ¡aaagh! ¡Chury!, con el perigeo a apenas un kilómetro de distancia. Sin embargo, la órbita aún no se ha determinado, vea mi pregunta relacionada y la respuesta allí. Probablemente no será hasta que Rosetta transmita sus propias observaciones de proximidad del cometa, e incluso podría cambiar en el tiempo a medida que la coma del cometa, las colas y, en general, su actividad superficial aumenten durante su sobrevuelo más cercano al Sol. Rosetta, por supuesto, también tiene su propio sistema de prevención de colisiones semiautónomo a bordo, que le permitirá reaccionar ante cualquier escombro en su camino y ajustar su trayectoria.

De todos modos, tales órbitas elípticas dejan mucho margen de maniobra al control de la misión para más tarde (cuando el Rosetta esté en órbita) decidir en qué punto liberar a Philae en su trayectoria balística. Mi conjetura sería que esta trayectoria se intentará desde el punto en que Rosetta vuela más allá del cometa en la dirección opuesta a su movimiento, para reducir la posibilidad de que entren escombros a casi cero. El módulo de aterrizaje también tiene un arpón (vea la punta en el medio del marco de las patas) que disparará hacia el cometa inmediatamente después del aterrizaje para engancharse en él. Además, cada una de las tres patas tiene tornillos para hielo alimentados por batería entre los dos engranajes acolchados, para agarrarse adicionalmente al cometa y almohadillas para amortiguar la colisión/aterrizaje:

   ^{Sesiones de entrenamiento para el módulo de aterrizaje del cometa Philae (Fuente: DLR, Centro Nacional de Investigación Aeronáutica y Espacial de Alemania )}

Sin embargo, para responder a sus preguntas de manera más directa, agregarle un sistema de propulsión sería un peso innecesario. El módulo de aterrizaje Philae no podría reaccionar lo suficientemente rápido con su Sistema de Control de Actitud (ACS), si lo tuviera a bordo, y evitar posibles obstáculos. En cambio, el módulo de aterrizaje se pondrá en curso de colisión (o trayectoria balística, tu elección) con el cometa con una velocidad aproximada de 1 m/s. Es decir, diría, una velocidad relativa más alta que la más baja alcanzable con su sistema de liberación, y el potencial cinético resultante debería ser suficiente para negar los efectos de cualquier colisión con escombros más pequeños o presión en el vector opuesto a su movimiento de desgasificación, como usted menciona. La masa del módulo de aterrizaje es insignificante en sentido gravitacional, pero aún se suma a su masa de inercia. Con un poco de toma de decisiones inteligente por parte del control de la misión, deberían tener muchas oportunidades para asegurar su touchdown. El arpón, las almohadillas blandas y los taladros motorizados deberían hacer el resto para garantizar que el módulo de aterrizaje permanezca donde aterrizó.

Por supuesto, hay posibilidades de que todo esto salga mal. Una de las principales preocupaciones que he visto mencionadas en línea es que el propio módulo de aterrizaje crea con el arpón y los tornillos grietas lo suficientemente profundas como para que una parte del cometa en el que aterrizó simplemente se desprenda del cuerpo principal del cometa. Eso no suena demasiado serio ya que el módulo de aterrizaje aún podría hacer todos sus experimentos (algunos podrían volverse menos concluyentes aunque, como por ejemplo el experimento de sondeo de ondas de radio del núcleo del cometa CONSERT), solo en una pieza más pequeña de la roca helada , pero podría hacer que el módulo de aterrizaje se desenganche por completo de cualquier pieza de la superficie del cometa, o que la pieza descascarada comience a girar, aplaste el módulo de aterrizaje entre la pieza descascarada y el cuerpo principal del cometa y haga que pierda su agarre.

Supongo que tendremos que esperar y ver, pero agregarle un sistema de propulsión tampoco habría mitigado las principales preocupaciones que he visto mencionadas sobre su posibilidad de éxito. De hecho, solo aumentaría el problema, con más piezas que podrían funcionar mal y una mayor masa del módulo de aterrizaje aumentando su influencia física sobre el cometa.

Las probabilidades de que cualquier evento inesperado altere la trayectoria de Philae son insignificantes. ¡Sospecho que la causa más probable para desviarlo del objetivo, irónicamente, sería un mal funcionamiento del sistema de propulsión o una fuga en un tanque de propulsor!

No estoy seguro de lo que quiere decir con la última pregunta, "¿Su masa de 100 kg en la Tierra y la gravedad infinitesimal de Chury son adecuadas para asegurar el aterrizaje del cometa a lo largo de la trayectoria planificada?", Pero Philae está equipado con arpones para anclarlo; de lo contrario , aunque tuviera propulsores y sistemas de guía, sería muy difícil evitar que rebotara en el cometa.