رانندگی در اکتشاف مریخ: چگونه مریخ نورد برای استقامت راه را برای آینده هموار می کند

فرود در مریخ 2020 ماندگاری مریخ نورد (“پرسی”) در روز پنجشنبه 18 فوریه 2021 ، آغاز نهمین مأموریت سطحی ناسا به سیاره سرخ است. پرسی دهانه دریاچه Jezero در مریخ را لمس کرد ، جایی که برای جستجوی نشانه های باستانی حیات ، به کشف زمین های جدید و کشف نشده پرداخت. از زمان ارسال اولین فضاپیما به مریخ تقریباً 60 سال می گذرد و تأمل در پیشرفت حاصل از آن تاکنون الهام بخش است (هرچند گاهی باورنکردنی). ابتدا سفینه های فضایی را برای پرواز فرستادیم ، سپس به مدار رفتیم ، سپس به زمین نشستیم و سرانجام برای مسافرت. همانطور که به مرور با مریخ آشنا شدیم و با ارتقا of توانایی های فنی خود آشنا شدیم ، روش ها و اهداف تحقیق ما به نوبه خود تکامل یافتند. و با هر مأموریت جدید ، مردم کمی بیشتر گسترش می یابند – یا در مورد پرسی ، خیلی بیشتر. در اینجا من سه جنبه جدید (و به ویژه چالش برانگیز) از مأموریت مریخ 2020 را برجسته می کنم که آن را از مأموریت های قبلی جدا می کند و دارای تأثیر مهمی در آینده اکتشاف مریخ است.

بازگشت مریخ به زمین

یکی از اهداف اصلی ماندگاری ماموریت این است که به عنوان اولین مرحله در یک کمپین بازگشت نمونه مریخ (MSR) که به طور مشترک توسط ناسا و آژانس فضایی اروپا برنامه ریزی شده است ، عمل کند. نقش مریخ نورد در این مسابقه رله بین سیاره ای جمع آوری نمونه های سنگی متقاعد کننده علمی و قرار دادن آنها در مکان های مشخص روی سطح خواهد بود. سرانجام ، مریخ نورد دیگری برای بازیابی نمونه هایی که پرسی ذخیره می کند ، به دهانه Jezero ارسال می شود. سپس این مریخ نورد این نمونه ها را به یک وسیله نقلیه صعود به مریخ (MAV) منتقل می کند که به مدار می رود و برای بازگشت به زمین به مدار می رسد. آخرین انتقال بین فضاپیما و نمونه ها هنگام بازگشت به زمین است. خیلی باحاله ، ها؟

اما اجازه دهید روشن باشد. MSR پیچیده است – از نظر فنی و لجستیکی. فقط نمونه گیری به یک سیستم رباتیک فوق العاده پیچیده و همه کاره متکی است: اول ، بازوی مریخ نورد برای حفاری سنگ و جمع آوری مواد سوراخ شده در یک لوله آزمایش کوچک استفاده می شود. سپس نمونه به بدن مریخ نورد منتقل می شود تا یک سری بازرسی انجام شود. سرانجام ، لوله آزمایشگاه به ایستگاه آب بندی می رسد ، جایی که برای بازگشت به خانه مهر و موم شده است. هر مرحله از این فرآیند به دقت فوق العاده ای نیاز دارد و پرسی می تواند بیش از سی بار در طول ماموریت خود این وظیفه را انجام دهد. البته ، پرسی کاملاً خودمختار نیست ، بنابراین چالش های بسیار واقعی برای ما انسانها وجود دارد که تصمیم بگیریم کجا رانندگی کنیم ، کدام سنگها را سوراخ کنیم (و کدام یک را حفاری نکنیم) و کجا نمونه ها را ذخیره کنیم ، به این ترتیب از آنجا می توان به آنها دسترسی داشت مریخ نورد بازیابی. بدون شک این تصمیمات بحث سالم در بین تیم را برمی انگیزد ، اما من با توجه به جدی بودن وظیفه انتظار کمتری را دارم. این مریخ نورد فقط می تواند تعداد محدودی از نمونه ها را جمع آوری کند و چگونگی تصمیم تیم برای رسیدگی به این نمونه ها نه تنها در موفقیت این ماموریت ، بلکه در موفقیت کمپین MSR نیز تأثیر می گذارد. این امر استقامت را از ماموریت های قبلی به مریخ متمایز می کند و مخاطرات را بیشتر می کند.

حتی اگر ماندگاری بخش خود را از مبارزات MSR بدون نقص اجرا می کند ، کارهای زیادی برای بازگرداندن نمونه ها به زمین وجود دارد. این کار به زمان و هزینه زیادی نیاز دارد ، بسیاری از مأموریت ها و فناوری های جدید که قبلاً هرگز در مریخ استفاده نشده اند. اما سود بالقوه زیاد است. MSR با امکان دادن به دانشمندان برای مطالعه این نمونه ها به زمین ، جایی که آنها به مجموعه علمی بسیار متنوعی دسترسی دارند ، این فرصت را فراهم می کند تا پیشرفت قابل توجهی در درک ما از زمین شناسی مریخ و قابلیت سکونت بالقوه داشته باشد ، و این نیز کمک خواهد کرد ما در حال برنامه ریزی برای ماموریت های انسانی آینده در سیاره سرخ هستیم. نمونه هایی از سنگ هایی که مأموریت های آپولو به زمین برگردانده اند هنوز ده ها سال بعد در حال بررسی هستند و نمونه های مریخ تفاوتی نخواهند داشت. با MSR ، پرسی مدتها پس از انجام مأموریت سطحی خود به ارائه علم ادامه خواهد داد. از این نظر ، مریخ 2020 چیزی فراتر از یک مأموریت است ، این آغاز یک فعالیت جاه طلبانه جدید در تحقیقات سیاره ای است و این توانایی را دارد که روش مطالعه مریخ را برای سالهای آینده تغییر دهد.

ما در حال یادگیری پرواز به مریخ هستیم

پرسی تنها سفر نمی کند. مریخ نورد یک هلی کوپتر کوچک را حمل می کند ، نبوغ، که بلافاصله پس از فرود مجموعه ای از پروازهای آزمایشی را انجام می دهد – اولین پروازهایی که در سیاره دیگری انجام شده است. اما پرواز با هلی کوپتر در فضای نازک مریخ یک کار بی اهمیت نیست. تراکم جوی مریخ تقریباً صد برابر کمتر از زمین است که دستیابی به بالگرد را برای هواپیما دشوار می کند. نبوغ آزمایشات زیادی را برای آماده سازی پرواز به مریخ گذرانده است ، از جمله در تونل های باد با جو مانند مریخ. با این حال ، ما هرگز قادر به شبیه سازی کامل شرایط مریخ در اینجا روی زمین نیستیم ، به خصوص که نمی توانیم از میدان گرانشی زمین خود فرار کنیم. و گرچه از نظر تئوری گرانش کم مریخ باید باعث شود که بالگرد از سطح زمین راحت تر شود ، اما طبیعت هرگز مطابق انتظار ما کار نمی کند. بنابراین ، همه چشم ها متمرکز خواهند شد نبوغ در طول این آزمایش بیگانه هیجان انگیز

اولین در نوع خود ، نبوغ چیزی است که به عنوان “نمایش فناوری” شناخته می شود. پروازهای هلی کوپتر از نظر فنی یک پروژه جدا از است ماندگاری؛ اگر هلی کوپتر مطابق انتظار عمل نکند ، تاثیری در موفقیت کلی مأموریت مریخ 2020 نخواهد داشت. اما اگر پروازها موفقیت آمیز باشد ، ممکن است روش جدیدی برای کاوش در سیاره سرخ معرفی شود. در واقع ، اولین مریخ نورد ، وارد شد، نمایش فناوری مأموریت Mars Pathfinder بود و موفقیت آن منجر به نسل جدیدی از وسایل نقلیه سرگردان در مریخ شد. وارد شد توسط مریخ اکتشاف Rovers دنبال شد روح و فرصت، سپس کنجکاوی، و اکنون ماندگاری. بنابراین اگر نبوغ موفقیت مشابهی دارد وارد شد، اغراق نیست اگر فکر کنیم در آینده هلی کوپترهای بیشتری می توانند به مریخ راه پیدا کنند.

مزایای بالقوه بسیاری وجود دارد که توسط یک فضای هوایی ارائه می شود. این هلی کوپتر نه تنها می تواند زمین بیشتری از یک مریخ نورد را پوشش دهد ، بلکه می تواند چشم انداز متفاوتی را از سطح مریخ فراهم کند. نبوغ دو دوربین به آن متصل شده است. تصاویر گرفته شده در حین پروازهای آزمایشی به مهندسین کمک می کند تا دینامیک پرواز را مطالعه کنند و حتی می توان از آنها برای تصمیم گیری در مورد محل پرواز پرسی استفاده کرد. هلیکوپترها می توانند سطح را از بالا تصرف کنند ، اما با وضوح بسیار بالاتر از آنچه توسط دوربین های مدار قابل دستیابی است. این دیدگاه برای شناسایی مکان های بالقوه جالب برای کشف مریخ – و سایر اجسام در منظومه شمسی بسیار مفید است (در واقع ، ما در حال حاضر در حال کار بر روی ماموریت Dragonfly هستیم ، که یک موتور روباتیک رباتیک را به اواخر این دهه به ماه زحل تیتان می فرستد!) )

نگاهی فراتر از تحقیقات رباتیک

مدتهاست که مأموریت انسان به مریخ یکی از اهداف تحقیقاتی استراتژیک ناسا در نظر گرفته شده است. اما صادقانه بگویم ، این هدف همیشه بسیار دور احساس شده است. در حالی که مأموریت های رباتیک قبلی اطلاعاتی را فراهم کرده اند که به حرکت ایمن انسانها به مریخ کمک می کند ، اما حمایت از تحقیقات انسانی هرگز هدف صریح مأموریت سطحی به مریخ نبوده است. تا الان ، یعنی

یکی از چهار هدف اصلی مأموریت مریخ 2020 به دست آوردن داده ها و فناوری های آزمایشی است که به آمادگی برای مأموریت های سرنشین دار به مریخ کمک می کند. چندین آزمایش جدید روی مریخ نورد مستقیماً به این هدف می پردازد. ابزار بهره برداری از منابع اکسیژن در موقعیت مریخ (MOXIE) سعی خواهد کرد جو دی اکسید کربن مریخ را به اکسیژن قابل استفاده برای مصرف فضانوردان و پیشرانه های موشکی تبدیل کند. استفاده از منابع در سایت احتمالاً نقشی اساسی در هر مأموریت سطح انسانی خواهد داشت ، خصوصاً به دلیل وجود مقدار زیادی پیشرانه مورد نیاز برای پرتاب یک خدمه MAV از سطح مریخ برای بازگشت به زمین. تحویل ذخیره پیشرانه زیادی تا زمین از زمین گران است ، بنابراین علاقه زیادی به شناسایی منابع مریخی وجود دارد که می تواند برای تولید سوخت در سطح زمین و کاهش میزان حمل و نقل فضاپیماها استفاده شود.

جو مریخ یک منبع محرک بالقوه است و یخ های زیرزمینی منبع دیگر. ابزار تصویربرداری رادار زیر آب مریخ (RIMFAX) گنجانده شده است ماندگاری اولین رادار نافذ است که تاکنون به سطح مریخ ارسال شده است. از صدای رادار برای “دیدن” بسیاری از متر زیر سطح استفاده می کند. ابزارهای راداری در مدار مریخ مدارکی از وجود ذخایر عظیم یخ زیرزمینی را در برخی از مناطق کره زمین نشان داده اند. اگر بتوان این یخ را از سطح زیرزمینی استخراج کرد ، می توان از آن برای تولید سوخت درجا استفاده کرد. ابزاری مانند RIMFAX می تواند به شناسایی این رسوبات یخ از سطح زمین کمک کند (اگرچه واضح است ، ما انتظار چنین کشف در دهانه Jezero را نداریم).

این مریخ نورد همچنین دارای 5 نمونه لباس فضایی است که به عنوان اهداف کالیبراسیون برای اسکن زیستگاه ها با ابزار Raman & Luminescence for Organics & Chemicals (SHERLOC) استفاده می شود. اما این نمونه ها همچنین راهی برای بررسی میزان استفاده از این مواد را فراهم می کنند. تحت شرایط سطح در مریخ نگه دارید. به طور خاص ، گرد و غبار و تشعشعات سطحی مریخی چالش های قابل توجهی در تحقیقات بشر ایجاد می کند ، بنابراین طراحی لباس فضایی که بتواند در این محیط سخت محافظت کند و به طور موثر کار کند بسیار مهم خواهد بود. به عنوان شخصی که شخصاً دوست دارد روزی به سیاره سرخ قدم بگذارد ، من خصوصاً از این جنبه از ماموریت هیجان زده هستم. با به دست آوردن اطلاعات در مورد شرایط سطح مریخ و آزمایش فن آوری های نوین ، ماندگاری این مأموریت به واقعیت اکتشاف انسان در مریخ کمک خواهد کرد.

در بسیاری از موارد، ماندگاری این ماموریت گام بعدی تکاملی در اکتشاف مریخ را نشان می دهد. ما نیم قرن است که سطح مریخ را با لندر و مریخ نورد بررسی می کنیم و صادقانه می گوییم ، در این زمینه بسیار ماهر شده ایم! ادامه این مسیر آسان است (خوب ، راحت تر – مأموریت های سیاره ای هرگز آسان نیستند) ، به جای اینکه تحقیقات جدید ، خطرناک تری را دنبال کنید. اما به نقل از رئیس جمهور جان اف کندی ، ما این کارها را نمی کنیم “به دلیل آسان بودن آنها ، بلکه به دلیل دشوار بودن آنها”. ما آنها را انجام می دهیم زیرا آنها توانایی های جمعی ما را به چالش می كشند و خطرات احتمالی مستحق پاداش انجام کاری برای اولین بار در تاریخ بشر هستند. پرسی خیلی اول تلاش خواهد کرد و از این طریق به او کمک خواهد کرد تا راهی جدید برای ربات های آینده و افرادی که دنبال می کنند ، بگذرد ، زیرا هر چقدر که پشت سر ما پنهان شود ، چیزهای بیشتری برای آینده وجود دارد.