نبوغ بالگرد ناسا اولین پرواز به مریخ را امتحان می کند علوم پایه


SMITHSONIANMAG.COM |
16 فوریه 2021 ، ساعت 8 صبح

تقریباً 120 سال از زمانی که برادران رایت ثابت کردند پرواز پیشرانه کنترل شده روی زمین امکان پذیر است می گذرد ، اکنون ناسا قرار است ثابت کند که این اتفاق می تواند در سیاره دیگری رخ دهد.

Ingenuity ، یک هلی کوپتر چهار پوندی ، با رسیدن به مریخ اولین پرواز خود را به جو سیاره دیگر انجام می دهد. این هلی کوپتر به اندازه یک پینت در حال حاضر به زیر مریخ نورد Perseverance ناسا متصل است که با تاریخ ورود 18 فوریه ، سیاره سرخ را موشک باران می کند.

هلی کوپتر همان چیزی است که به عنوان نمایش فناوری شناخته می شود و این بدان معناست که نمایش موفقیت آمیز توانایی های خود در یک سری پروازهای آزمایشی تنها ماموریت آن است. اگر همه چیز خوب پیش برود ، نبوغ آغازگر دوره جدیدی از کاوش در زمین ناهموار مریخ است – رفتن به جایی که مریخ نوردان نمی توانند و برخی از ویژگی های موذی این سیاره ، مانند لوله های بزرگ گدازه آن ، نگاه دقیق تر.

اگر مقایسه برادران رایت اغراق آمیز به نظر می رسد ، موارد زیر را در نظر بگیرید: هیچ بالگردی تاکنون بالاتر از حدود 40،000 فوت در سیاره ما پرواز نکرده است. اما در مریخ ، هوا تنها یک درصد از تراکم زمین است – به قدری نازک است که پرواز در آنجا معادل تلاش برای برداشتن 100000 فوت است.

میمی آنگ ، مدیر پروژه در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا (JPL) گفت: “شما نمی توانید فقط یک هلی کوپتر را که برای پرواز به زمین طراحی شده انتظار داشته باشید و انتظار داشته باشید که روی مریخ حرکت کند.”

برای تولید آسانسور کافی ، آنگ و تیمی از مهندسان به رهبری Bob JBL از JPL مجبور شدند موتور روتراپی سنتی را به شکل و ماده تیغه های روتور بازطراحی کنند ، در حالی که سرعت چرخش آن تیغه ها به شدت افزایش می یابد. محصول نهایی دو روتور مرتب با تیغه هایی با قطر تقریبی چهار فوت را ارائه می دهد که در جهت مخالف با دور 2400 دور در دقیقه می چرخند.

اما تولید آسانسور کافی تنها نگرانی تیم نبود. برای ایجاد یک هلی کوپتر که بتواند به مریخ پرواز کند ، تیم با چالش های مختلفی روبرو است ، از تقریباً خودمختار ساختن اتومبیل گرفته تا پیرایش فضاپیما تا اضافه وزن.

آنگ گفت ، گرچه گرانش مریخ تنها حدود یک سوم از آنچه ما در زمین تجربه می کنیم ، است ، اما کاهش وزن نبوغ برای افراد حاضر در این پروژه یک وسواس ثابت است. فرقی نمی کند ، وزن هلی کوپتر باید چهار کیلوگرم یا کمتر باشد. آنچه که به عنوان قانون حاکم در این پروژه درآمد ، ناشی از نیاز به قرار دادن زیرکی در زیر مریخ نورد Perseverance بود ، که عرض روتورهای Ingenuity را به چهار فوت و به نوبه خود لیفت محدود محدود می کرد.

بالارام می گوید: “تمام کارهایی که ما برای سبک کردن فوق العاده آن انجام دادیم در مقابل نیاز به تقویت آن برای مقاومت در برابر برخاستن و سفر به مریخ بود.”این یک هواپیما است که همچنین قرار بود یک سفینه فضایی واقعی باشد. “

ماندگاری و زیرکی

ماندگاری از ابتکار سطح مریخ در این تصویر می کاهد.

(NASA / JPL-Caltech)

آنگ یک دعوای کاملاً کامل بین یک فرد خوش رفتار و یک عضو تیم مخابراتی را به اشتباه به یاد می آورد که برای تجهیزات خود سه گرم اضافی (حدود 0.1 اونس) درخواست کرده است. اونگ یادآوری می کند: “او به صراحت گفت که آنها باید بدون سه گرم اضافی آن را کشف کنند.”

چالش بزرگ دیگری که تیم JPL با آن روبرو است این است که نبوغ را تقریباً کاملاً خودمختار کند ، زیرا حداقل پنج دقیقه طول می کشد تا سیگنال ها به مریخ برسند. طراحان همچنین باید اطمینان حاصل کنند که بالگرد مأموریت 2.5 میلیارد دلاری Perseverance را به خطر نمی اندازد. برای اطمینان از اینکه باتری های لیتیوم یون Ingenuity توانایی شارژ و منفجر شدن مانند تلفن های هوشمند قبلی را ندارند ، نیاز به نوآوری های ایمنی ، مانند شارژ باتری های با ظرفیت کامل درست قبل از پرواز دارد.

بالارام ابتدا این ایده را داشت که به ستون فقرات نبوغ طراحی در دهه 1990 تبدیل شود. او و برخی از همکارانش ایده هلیکوپتر مریخ را در اوایل سال 2000 به ناسا ارائه دادند و یک سال بودجه برای کار روی آن دریافت کردند اما در نهایت پول خشک شد و ایده به تعویق افتاد.

بیش از یک دهه بعد ، آنگ می گوید ، مدیر وقت JPL ، چارلز الاچی ، مکالمه ای را دید که به او الهام بخش شد تا JPL را با یک سوال صریح درباره تیمش برگرداند: چرا ما به مریخ پرواز نمی کنیم؟ شخصی در اتاق کارهای بالارام را به خاطر آورد و توپ دوباره شروع به غلتیدن کرد. پس از دور جدید آزمایشات امیدوار کننده ، JPL در سال 2014 آنگ را به عنوان مدیر پروژه اضافه کرد.

با پیشرفت پروژه ، یک چالش جدید تیم را مجبور به ابداع در بعد دیگری کرد: آزمایش. هیچ کس سعی نکرده است به مریخ پرواز کند ، بنابراین تیم مجبور شد راه هایی را برای تلاش برای تولید مثل هوا ، گرانش کم و حتی برخی از زمان های خود پیدا کند.

در دسامبر 2014 ، تیم تقریبا تمام هوای محفظه خلاuum را در JPL مکید تا زمانی که به تراکم جو مریخ رسید. سپس تیغه های نمونه اولیه خود را چرخاندند. شناور از زمین برخاست و برای اولین بار نشان داد که پرواز در هوا بسیار نازک امکان پذیر است. اما هلی کوپتر کنترل شده جوی استیک تکان خورد و مانند یک کودک پرنده که برای اولین بار لانه را ترک کرده بود قبل از سقوط به کنار ، از زمین برگشت و قطعات پره های خود را به پرواز در آورد. آسانسور آنجا بود ، اما کنترل نبود.

در تجزیه و تحلیل این آزمایش ، بالارام و تیم متوجه شدند که باید تیغه های نمونه اولیه را تغییر دهند. روی زمین ، پره های چرخان چرخشی با سرعت شروع به چرخش بالا و پایین می کنند ، اما هوا به اندازه کافی ضخیم است که می تواند نوسان را قبل از خارج شدن از کنترل مرطوب کند. اما در هوای مریخی شبیه سازی شده ، این موج هلی کوپتر جوان را در نوردید و بی ثبات کرد. برای حل این مشکل ، تیم در نهایت پره ها را از الیاف کربن بسیار سخت ساخته که بسیار مهم نیز هستند.

مطالعه نبوغ

اعضای تیم ناسا در حال کشف نبوغ هستند.

(ناسا / کوری هوستون)

پس از برخورد با پرواز کنترل شده ، تیم مجبور شد تقریباً با خودمختاری کامل کنار بیاید. هاوارد گریپ ، مهندسی که تیم مدیریت ، ناوبری و کنترل پروژه را هدایت می کرد ، مجبور بود ترکیبی مناسب از حسگرها و الگوریتم ها را ایجاد کند تا بتواند هلی کوپتر را پایدار و هدفمند نگه دارد. در ماه مه 2016 ، در آزمایش بزرگ بعدی ، نبوغ نوپا از زمین برداشته شد و به طور پیوسته حمل می شد ، اما هلی کوپتر هنوز از پشت در سیم های آویزان به منبع برق و یک کامپیوتر متصل بود. طی دو سال آینده ، تیم تمام قطعات مورد نیاز برای پرواز به مریخ – صفحات خورشیدی ، باتری ها ، ارتباطات و پردازنده ها – را در یک بسته کمتر از چهار کیلوگرم جمع کرد ، که اساساً می تواند به تنهایی پرواز کند.

آخرین آزمایش نمونه اولیه کاملاً بارگیری شده در ژانویه 2018 انجام شد. مهندسان یک محیط پرواز حتی بیشتر شبیه به مریخ ایجاد کرده اند. آنها یک میله ماهیگیری قلاب کردند که نمونه اولیه آن را به آرامی بالا می کشد تا گرانش سیاره سرخ را شبیه سازی کند و محفظه پرواز را با دی اکسید کربن سیراب می کند تا ترکیب هوای مریخ را از نزدیک تقلید کند. هلی کوپتر برخاست ، متوقف شد و یک مانور سنجیده را از این سو به آن سو انجام داد ، و مانند ایده ای بود که به چیزی واقعی رسیده بود.

سرانجام ، زمان آن فرا رسید که تیم نبوغ واقعی را جمع کند. این ساخت و ساز جدید اعصاب خردکن در یک اتاق تمیز با تجهیزات و قطعات کاملاً استریل شده انجام شده است تا اطمینان حاصل شود که هلی کوپتر به مأموریتی با هدف جستجوی علائم باستانی زندگی در مریخ پایبند است ، هیچ گونه آلودگی بیولوژیکی با خود به همراه نخواهد داشت. اکنون نبوغ به شاسی استقامت گره خورده است زیرا کل ماموریت از فضا به مریخ منتقل می شود.

در 18 فوریه ، هنگامی که هلی کوپتر به سیاره سرخ می رسد ، با یک محیط خشک و سرد ، جایی که درجه حرارت شب می تواند تا -130 درجه فارنهایت پایین بیاید ، مبارزه خواهد کرد. چند هفته دیگر ، برای اطمینان از اینکه همه چیز مطابق انتظار کار می کند ، پشتکار در زمین مسطح مناسب برای رهایی از ابتکار عمل خواهد کرد. پس از قرار دادن هلی کوپتر در خاک زنگ رنگ ، پشتکار در اطراف یک زمین فوتبال متوقف می شود.

طی 30 روز آینده ، Ingenuity قصد دارد حداکثر 5 پرواز جاه طلبانه را انجام دهد. اولین پرواز تاریخی به دنیای دیگر فقط خماری خواهد بود.

نیک روی ، محقق موسسه فناوری ماساچوست که متخصص ربات های خودمختار است ، گفت: “این ایده که پرواز اول باید در شرایطی کار کند که شما هرگز تجربه نکرده اید ، شگفت آور است.” “شما می توانید تمام آزمایش ها و آنالیزهای مورد نظر خود را انجام دهید ، اما در پایان روز در شرایطی پرواز می کنید و پرواز می کنید که هرگز روی زمین پرواز نمی کنیم.”

اگر همه چیز خوب پیش برود ، پروازهای آزمایشی با تراورس 500 فوت در زمین مریخ پایان می یابد. گرچه نبوغ هیچ هدف علمی ندارد ، اما دارای یک جفت دوربین است که توانایی ارائه تصاویر سیاره سرخ را از منظری کاملاً جدید دارند.

این تصاویر می توانند ایده ای در مورد چگونگی تغییر شکل هلی کوپترهای آینده در ناسا در مریخ و حتی سایر سیارات ارائه دهند. دیو لاوری ، مدیرعامل تیزهوشی در مقر ناسا ، گفت: “اگر این تلاش ها موفقیت آمیز باشد ، این یک روش کاملاً جدید را به وجود می آورد که می توان با استفاده از آن سطح مریخ را کشف کرد. “شما می خواهید بدانید که بالای آن تپه بعدی چیست.”

اریک کانوی ، مورخ در JPL که وظیفه اش فهرست کردن پیروزی ها و مشکلات خود است ، می گوید که ساده تر پوشاندن سریعتر زمین های مریخ ، شگفتی هایی را برای مطالعه سطح آن به وجود می آورد. او می گوید: “ما کمتر از ده مورد را در مریخ فرود آوردیم.” “اگر سعی کنید با فرود آمدن در ده مکان ، مرا متقاعد کنید که می دانید همه چیزهایی را که باید در مورد زمین بدانید ، به شما می خندم.”

بالارام می گوید تکرارهای بعدی هلی کوپترها در مریخ می تواند ترازوها را به 50 پوند ، از جمله حدود هشت پوند ابزار علمی برساند ، و می تواند مانند برخی از پروژه های هواپیماهای بدون سرنشین که در اینجا روی زمین پرواز می کنند ، به هگزاکوپتر تبدیل شود.

اگر نبوغ موفق شود و به یک پرواز کنترل شده به سمت مریخ دست یابد ، لاوری می گوید “سد را می شکند”. اگر بتوانیم آن را در مریخ انجام دهیم … احتمالاً می توانیم آن را در جاهای دیگر نیز انجام دهیم. “ناسا پیش از این نیز مأموریتی مشابه بنام Dragonfly در خط لوله دارد که قصد دارد یک هواپیمای روترافت هسته ای را به ماه زحل تیتان ، جایی که هوا ضخیم تر است ، پرواز کند.

اما همه این احتمالات به کلمه “اگر” بستگی دارد.

آنگ گفت: “این اولین پرواز به مریخ بهترین ، آخرین آزمایش است.” “هیچ کس نمی دانست که این امکان وجود دارد و اکنون برای اثبات آن به پرواز دیگری نیاز داریم.”




منبع: khabar-top.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*