Philae est un atterrisseur de l'Agence spatiale européenne transporté à quelque 510 millions de kilomètres de la Terre par la sonde spatiale Rosetta jusqu'à ce qu'il se pose sur la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko le 12 novembre 2014, plus de dix ans après avoir quitté la Terre.
Il s'agit du premier atterrissage contrôlé sur un noyau cométaire. Ses instruments envoient les premières images jamais obtenues depuis la surface d'une comète et devraient permettre de faire la première analyse in situ de la composition du noyau de la comète.
En raison de la défaillance du propulseur qui devait plaquer Philae au sol qui ne s'est pas déclenché, et de celle des deux harpons qui devaient l'ancrer au sol qui ne se sont pas déployés, le robot a rebondi deux fois avant de se stabiliser à environ un kilomètre du site initialement prévu, en position quasi verticale. Pour cette raison, les deux instruments de mesure destinés à l'analyse du sol ne sont pas immédiatement mis en service, les scientifiques ayant dans un premier temps préféré éviter de provoquer un rebond ou une rotation du module. En effet, l'attraction gravitationnelle de la comète étant très inférieure à celle de la Terre, les cent kilos terrestres de Philae donnent sur la comète un poids équivalent à un objet d'une masse d'un gramme sur Terre.
Le 14 novembre 2014 à 23 h 19, malgré des inquiétudes quant à son autonomie initiale de 60 heures, le contact est rétabli avec Philae. Les données reçues indiquent qu'il a conduit avec succès le tout premier forage dans un noyau cométaire. Afin d'optimiser son ensoleillement, le robot est soulevé de 4 cm et une rotation de 35° sur lui-même est opérée. Cependant, cette manœuvre ne suffit pas à recharger les batteries dans l'immédiat et Philae reste en hibernation dans l'attente de meilleures conditions. La comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko passant au périhélie en août 2015, les conditions d'ensoleillement évoluent favorablement au cours des mois suivants.
Le 13 juin 2015, Philae est entré en communication avec Rosetta pendant environ deux minutes vers 22 heures et a transmis une quarantaine de secondes de données qui ont été captées par Rosetta qui survolait alors l'atterrisseur à vingt kilomètres d'altitude. Une manœuvre de la sonde a aussitôt été programmée pour lui permettre de survoler à nouveau l'atterrisseur. L’atterrisseur a réussi à communiquer quelques fois avec Rosetta jusqu'au 9 juillet 2015, date à partir de laquelle il est resté silencieux.
Le 27 juillet 2016 à 9 h 0 UTC, l'interface de Rosetta utilisée pour les communications entre elle et Philae, le Electrical Support System Processor Unit, a été éteinte pour économiser de l'énergie, empêchant définitivement toute communication avec Philae. Le 5 septembre 2016, Philae a été retrouvé par Rosetta qui était à 2,7 km du noyau cométaire, à l'endroit prédit par le Centre national d'études spatiales (CNES).
L'atterrisseur Philae s'est posé le 12 novembre 2014 sur le noyau de la comète pour étudier in situ les caractéristiques de celui-ci à l'aide des dix instruments scientifiques dont il dispose. Il se présente sous la forme d'un cylindre polygonal d'un mètre de diamètre pour 80 cm de haut et d'une masse totale de 97,9 kg dont 26,7 kg d'instrumentation scientifique. La structure est réalisée en fibre de carbone avec des panneaux d'aluminium en nid d'abeilles. Il comprend une partie chaude isolée de l'extérieur et une partie froide située à l'arrière dans laquelle se trouvent le système de fixation à l'orbiteur et les instruments déployés une fois Philae au sol : SD2, ROMAP, APXS et MUPUS. L'atterrisseur est fixé à l'orbiteur par un mécanisme qui permet une séparation à une vitesse pré-ajustable entre 0,05 et 0,52 m/s. Philae dispose d'un train d'atterrissage tripode conçu pour amortir sa vitesse d'arrivée. Le corps de Philae peut pivoter et s'incliner (via une suspension à cardan) sur son train d'atterrissage. Ce mécanisme permet de compenser l'inclinaison du terrain, optimiser l'incidence des rayons lumineux sur les panneaux solaires et effectuer des prélèvements d'échantillons du sol à différents emplacements. L'atterrisseur dispose d'une roue de réaction qui est mise en rotation à 9 600 tr/s, fournissant un moment cinétique de 6,2 N m s. Celle-ci est utilisée pour stabiliser l'orientation de Philae durant sa descente vers le sol. L'atterrisseur ne dispose d'aucun système de propulsion pour corriger sa trajectoire ou son orientation. Son trajet jusqu'au sol de la comète dépend uniquement du point où se produit la séparation avec l'orbiteur ainsi que de la vitesse et de l'orientation acquises à ce moment-là.
En raison du manque d'informations sur la consistance de la surface au lancement de la sonde, trois dispositifs d'atterrissage complémentaires sont prévus. Les pieds du train d'atterrissage sont munis de surfaces de contact suffisamment larges pour éviter à la sonde de s'enfoncer dans un sol mou. Pour éviter un rebond Philae est muni d'un système propulsif à gaz froid (de l'azote) qui plaque au sol l'engin immédiatement après le contact avec la surface de la comète. Enfin deux harpons tirés depuis la partie inférieure de l'atterrisseur et des vis situées au niveau des pieds doivent lui permettre de se fixer solidement au sol. Pour éviter que l'atterrisseur ne rebondisse, les trois pieds du train d'atterrissage sont équipés d'absorbeurs de chocs.
Le contrôle thermique constitue un des aspects les plus complexes de l'atterrisseur : celui-ci doit pouvoir fonctionner lorsque la comète se situe entre deux et trois unités astronomiques (UA) du soleil. Par ailleurs, à la conception, il y a de nombreuses incertitudes sur l'ensoleillement de la zone d'atterrissage (lié à la rotation). Philae ne dispose pas de suffisamment d'énergie pour utiliser des résistances chauffantes. Les couches d'isolant sont donc conçues de manière que l'atterrisseur survive à la période la plus froide (à 3 UA du soleil), avec un système de stockage et de récupération de chaleur durant les moments d'ensoleillement. Lorsque le soleil se rapproche à moins de deux UA, la température, devenue trop importante pour l'électronique, entraîne la fin des opérations.
L'énergie électrique est fournie par des batteries (une primaire et une secondaire) ainsi que des panneaux solaires. La batterie primaire non rechargeable, d'une masse de 3 kg, a pour rôle de fournir de l'énergie durant les 5 premiers jours d'opération, de manière à garantir que les principales mesures scientifiques soient réalisées quel que soit l'ensoleillement du site d'atterrissage. Cet accumulateur au lithium comprend 32 cellules LSH20 (8S4P = 4 groupes en parallèle de 8 cellules en série) utilisant le couple lithium-chlorure de thionyle (Li-SOCl2) qui ont fourni, au moment du déploiement de Philae, 835 watts.heures (environ 1 500 Wh au lancement). La batterie secondaire rechargeable, de type lithium-ion et d'une capacité de 130 Wh (150 Wh au lancement), permet de poursuivre la mission une fois la batterie primaire épuisée. Elle est alimentée par des panneaux solaires qui recouvrent une grande partie de l'atterrisseur et qui fournissent 10 W de puissance (à 3 UA).
Les données acquises sont stockées dans une mémoire de masse d'une capacité de deux fois douze méga-octets et transmises à l'orbiteur lorsque celui-ci est visible à l'aide d'un émetteur radio bande S d'une puissance d'un watt permettant un débit d'environ 16 kilobits par seconde. L'orbiteur transmet à son tour les données vers la Terre lorsque celle-ci est située dans l'axe de son antenne orientable et que les antennes de réception sont disponibles.
La charge utile de l'atterrisseur Philae est composée de dix instruments scientifiques qui représentent une masse de 26,7 kg :
APXS (Alpha particle X-ray spectrometer) est un spectromètre à rayons X, alpha et protons chargé de déterminer la composition chimique du site d’atterrissage et ses variations potentielles lors de l'approche du soleil ;
CIVA (Comet Infrared & Visible Analyser), d'origine franco-suisse, comprend cinq caméras panoramiques, un couple de caméras stéréoscopiques fournissant des images en relief, un spectromètre infrarouge ainsi qu'un microscope optique analysant des échantillons avec une résolution de 7 μm. Chaque caméra pèse 100 g et a une résolution d'un mégapixel. Les composants peuvent résister à des températures comprises entre −100 °C et 50 °C ;