SESAME - Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment



SESAME ist ein Instrumentenkomplex mit insgesamt einem Dutzend Sensoren sowie einer eigenen Datenverarbeitungseinheit, welche an verschiedenen Stellen von Philae angebracht sind und physikalische Eigenschaften des Kometen erfassen können.

 Die Landesonde Philae mit den SESAME Sensoren
zum Bild Die Landesonde Philae mit den SESAME Sensoren

SESAME besteht aus den Instrumenten Comet Acoustic Surface Sounding Experiment (CASSE), Dust Impact Monitor (DIM) und Permittivity Probe (PP).
Die Integration der SESAME Komponenten sowie die Entwicklung des Instrumentes CASSE wurden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im früheren Institut für Raumsimulation, Köln-Porz, koordiniert und in Zusammenarbeit mit der Firma von Hoerner & Sulger GmbH durchgeführt. Die Software zur Steuerung von SESAME wurde in der Abteilung Nuklearchemie an der Universität zu Köln entwickelt.

Der Betrieb der Instrumente und die Auswertung der Daten werden vom Institut für Planetenforschung in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus mehreren europäischen Ländern geplant und durchgeführt.

Die Abteilung Asteroiden und Kometen des Institutes für Planetenforschung wird im SESAME-Experiment durch den PI Klaus Seidensticker vertreten.

 

CASSE - Comet Acoustic Surface Sounding Experiment

 CASSE Transmitter
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Das Instrument CASSE wird mittels akustischer Methoden die Kometenoberfläche untersuchen. Dabei werden die Sohlen der Landerfüße, die Schallwellen in das Oberflächenmaterial einkoppeln und empfangen können, sowohl als Sender als auch als Empfänger benutzt. Das Landegestell von Philae ist ein Dreibein, wobei jeder Fuß zwei Sohlen hat, die gegeneinander in der Höhe beweglich sind, um einen möglichst guten Bodenkontakt auch auf einer rauen Kometenoberfläche zu erzielen.

Das akustische Sende- und Empfangssystem von CASSE bietet zwei Messmöglichkeiten:

  • passiv, ähnlich einem Seismometer, in den Kometen hineinzuhorchen und Geräuschquellen, verursacht durch thermische Spannungen, seismische Effekte, Partikeleinschläge oder andere Instrumente von Philae, zu orten. Von besonderem Interesse ist der Hammermechanismus des MUPUS-Experiments, der ein sehr starkes akustisches Signal an einer bekannten Position erzeugen wird.
  • aktiv, ähnlich einem Echolot, eine Sondierung der Oberflächenschichten durchzuführen und elastische Konstanten zu ermitteln. Neben den auf dem direkten Weg gelaufenen Signalen erlaubt die Analyse von Echos aus dem Untergrund Rückschlüsse auf die Schichtung der Kometenkruste.
 CASSE Empfänger
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In jeweils einer Sohle der drei Lander-Füße sind piezo-elektrische Wandler (Transmitter) eingebaut, welche die Sohle zu akustischen Schwingungen anregen. Die Signale werden mit ebenfalls piezo-elektrischen Beschleunigungsmessern (Akzelerometer) in den anderen drei Sohlen der Landesonde Philae in drei Achsen registriert. Temperaturabhängige Widerstände (Bauweise PT1000) auf jedem Sensor messen deren Temperatur.

CASSE wurde am ehemaligen Institut für Raumsimulation entwickelt und in Zusammenarbeit mit der Firma von Hoerner & Sulger (Elektronik) gebaut. Die verwendeten Transmitter wurden durch das Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) der Fraunhofer-Gesellschaft in Saarbrücken konzipiert und gefertigt. Die verwendeten Akzelerometer sind kommerzielle dreiachsige Sensoren vom Typ 4506 der Firma Brüel & Kjaer. Das Instrument CASSE wird vom Institut für Planetenforschung des DLR betreut.
 

Eigenschaften von CASSE  
Sendefrequenz 0,1 bis 6 kHz
Empfangsfrequenz < 100 kHz
Temperatur-Messbereich (maximal 12 Kanäle gleichzeitig) -160 ... +100°C
Masse 550 g (ohne Sohlen)
Leistung 1250 mW


Links:
https://vh-s.de/
http://www.izfp.fraunhofer.de/

 

DIM - Dust Impact Monitor

Der Dust Impact Monitor untersucht nicht direkt die Oberfläche des Kometen; vielmehr werden die Signale, die durch den Aufprall kometarer Teilchen auf einem Sensor-Würfel entstehen, registriert.

 DIM Sensor: Sichtbar sind die drei aktiven, mit Piezo-Platten belegten Seiten.
zum Bild DIM Sensor: Sichtbar sind die drei aktiven, mit Piezo-Platten belegten Seiten.

Bei der Sublimation der flüchtigen Stoffe auf der Kometenoberfläche - hauptsächlich Wassereis - werden Staub- und Eisteilchen von Mikrometer- bis Zentimetergröße mitgerissen. Reicht deren Startgeschwindigkeit nicht aus, um das Schwerefeld des Kometen zu verlassen, fallen die Teilchen wieder auf die Kometenoberfläche zurück.

Mit dem an der Oberseite von Philae befestigten Sensor-Würfel werden die auftreffenden Teilchen aus drei Richtungen mit Piezo-Platten registriert und das Signal in der Elektronik in Bezug auf seine Profilform (Amplitude und Kontaktdauer) analysiert. Aus diesen Daten und plausiblen Annahmen für die Teilchendichte können die Massen der Teilchen, ihre Geschwindigkeiten, Anzahl, Richtungsverteilung und der zeitliche Verlauf dieser Parameter ermittelt werden. Hieraus lassen sich wiederum Rückschlüsse auf die Startgeschwindigkeit der Teilchen, die mit der Entweichgeschwindigkeit und dem Fluss der Kometengase korreliert ist, ziehen.

DIM wurde am Forschungsinstitut für Atomenergie der ungarischen Akademie der Wissenschaften (MTA) in Budapest entwickelt und gebaut. Es wird jetzt vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (Göttingen) betreut.
 

Eigenschaften von DIM  
Messbereich:  
    Teilchenradien 0,2 bis 5 mm
    Teilchenmassen 3 • 10-8 bis 5 • 10-4 kg
    Teilchengeschwindigkeiten 0,25 bis 2 ms-1
Masse 405 g
Leistung ≤ 170 mW


Links:
Dust Impact Monitor (MPS)
Dust Impact Monitor (MTA-EK)

 

PP - Permittivity Probe

Das Instrument Permittivity Probe soll den Wassereisgehalt in der kometaren Oberflächenschicht und seine Veränderung mit der Zeit bestimmen.

 PP-Elektrode (braunes Gitter) unterhalb des Hammermechanismus des Experiments MUPUS-Pen.
zum Bild PP-Elektrode (braunes Gitter) unterhalb des Hammermechanismus des Experiments MUPUS-Pen.

PP verwendet dazu die Quadrupoltechnik, bei der zwei Elektroden, verbunden mit einem Wechselstromgenerator, einen variablen Strom im Kometenboden induzieren. Zwei weitere Elektroden registrieren die resultierende Spannung und die Phasenverschiebung gegenüber dem eingespeisten Strom. Insgesamt gibt es auf Philae drei Sendeelektroden (in einem Landerfuß und auf den Experimenten MUPUS PEN und APXS) und zwei Empfängerelektroden (in den beiden übrigen Landerfüßen (siehe CASSE)). Durch die veränderbare Geometrie der vier Elektroden lassen sich Rückschlüsse auf die räumliche Verteilung des Wassereises im Oberflächenmaterial bis zur einer Tiefe von 2 m ziehen.

Auf diese Weise werden die elektrische Leitfähigkeit und die Permittivitätszahl des Kometenmaterials ermittelt. Diese Materialparameter reagieren sehr empfindlich auf das Vorhandensein von polaren Molekülen, im besonderen von Wasser, sowie deren Temperatur. Deshalb kann der Wassergehalt der Oberflächenschicht in Abhängigkeit von der Entfernung des Kometen zur Sonne und im Verlauf eines Kometentages gemessen werden. Dies liefert Hinweise auf das Ausgasungsverhalten und somit auf die Zusammensetzung des Kometen.

Im passiven Modus kann dieses Instrument Plasmawellen, die durch die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit den ionisierten kometaren Molekülen entstehen, bis zu einer Frequenz von 10 kHz registrieren.

PP wurde am Finnischen Meteorologischen Institut (FMI), Helsinki, in Zusammenarbeit mit dem Technologiezentrum ESTEC der ESA entwickelt und gebaut und wird heute vom FMI betreut.
 

Eigenschaften von PP:  
Sendefrequenz: 0,01 bis 10 kHz
Empfangsfrequenz: 20 kHz
Masse: 270 g
Leistung: ≤ 320 mW

 

Link:
Permittivity Probe (FMI – Finnish Meteorological Institute)


Kontakt
Klaus Seidensticker
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Planetenforschung
, Asteroiden und Kometen
Tel: +49 2203 601-3104

Fax: +49 2203 61768

E-Mail: Klaus.Seidensticker@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/pf/desktopdefault.aspx/tabid-1371/1868_read-10525/