عندما يتعلق الأمر باستكشاف المريخ ، فإن وكالة ناسا تحقق نجاحًا أكبر من أي وكالة أخرى. هذا الأسبوع ، سيحاولون الهبوط بمركبة جوالة متطورة أخرى على سطح المريخ لمواصلة البحث عن دليل على الحياة القديمة. ستهبط مركبة Mars Perseverance على سطح المريخ يوم الخميس ، 18 فبراير ، وهي تحمل معها بعض التقنيات الطموحة للغاية.
مهما كان رأيك في الولايات المتحدة الأمريكية ، عليك أن تقر بمكانة ناسا بصفتها وكالة استكشاف الفضاء الأولى في العالم. هذا ليس طفيفًا ضد وكالة الفضاء الأوروبية أو مجموعات أخرى من البشر حول العالم منخرطون في استكشاف الفضاء. لكن وكالة ناسا في القمة.
إنهم الوحيدين الذين هبطوا بمركبة على المريخ ، أربعة منهم في الواقع. إنهم الوحيدين الذين هبطوا على سطح القمر ، 12 منهم في الواقع. وهم الوحيدون الذين أرسلوا مركبة فضائية خارج النظام الشمسي ، اثنان منهم في الواقع.
إطلاق أبولو 11. أعلن العلم الأمريكي عن إطلاق أبولو 11 ، أول مهمة هبوط على القمر ، في 16 يوليو 1969. كانت ناسا أول من وضع الناس على القمر ، والوحيدة ، حتى الآن. مهما حدث ، كانت تلك مهمة طموحة وناصرة. الائتمان: ناسا
ال روفر المثابرة يعتمد على جميع النجاحات الأخرى التي حققتها وكالة ناسا على سطح المريخ. في الوقت نفسه ، يرفع مستوى التعقيد. لذلك حان الوقت الآن لطرح الأسئلة التالية: هل تعتبر مركبة المثابرة أكثر مهمة فضائية طموحًا على الإطلاق؟ أكثر طموحًا من الهبوط على القمر؟
على الرغم من عدم وجود إجابة موضوعية تمامًا لذلك ، نعتقد أن الإجابة قد تكون نعم. إليكم السبب.
لا يحتاج إلى أي مساعدة في الهبوط
إن إطلاق الأشياء في الفضاء على الصواريخ هو نوع من الضحك في هذا اليوم وهذا العصر. لدرجة أنه من الصادم أن ينفجر صاروخ بدلاً من أن ينجح. لذا فإن إطلاق المثابرة 'ليس شيئًا مميزًا' إذا كنت تعرف ما نعنيه. سارت الأمور وفقًا للخطة ، وكانت الرحلة إلى المريخ أيضًا علاقة عادية هادئة.
إطلاق صاروخ أطلس V من United Launch Alliance مع مركبة Mars 2020 Perseverance التابعة لوكالة ناسا من مجمع Space Launch 41 في محطة كيب كانافيرال الجوية ، الخميس 30 يوليو 2020 ، من مركز كينيدي للفضاء التابع لناسا في فلوريدا. تعتبر عربة المثابرة جزءًا من برنامج استكشاف المريخ التابع لوكالة ناسا ، وهو جهد طويل الأمد للاستكشاف الآلي للكوكب الأحمر. مصدر الصورة: (NASA / Joel Kowsky)
الهبوط على المريخ هو المكان الذي يمكن أن يتكتل فيه مرق اللحم. المصطلح ' لعنة المريخ 'لا يوجد من أجل لا شيء. حاول الكثيرون الهبوط على الكوكب الأحمر ، لكن القليل منهم فقط نجحوا. معظمهم من مهمات ناسا.
مع تقدم التكنولوجيا ، يجب أن يصبح هبوط المركبات الفضائية على المريخ أسهل. بطريقة ما ، الأمر ليس كذلك. لأنه كلما تحسنت التكنولوجيا ، كلما دفعناها للقيام بأشياء جديدة ، بما في ذلك الهبوط بدقة أكبر.
مع مرور الوقت ، يُطلب من المركبة الفضائية المرسلة للهبوط على المريخ أن تهبط في مناطق أصغر وأصغر. المركبات الجوالة مذهلة ، لكن سرعتها في السفر محدودة وكذلك فترات مهمتها. يعد الهبوط بالقرب من الأهداف العلمية الأساسية أمرًا بالغ الأهمية لنجاح المهمة.
كما تظهر الصورة أدناه ، يُطلب من المثابرة الهبوط في منطقة صغيرة جدًا ، مقارنة بسابقاتها.
كيف ستفعل ذلك؟
ستكون المركبة المتجولة المثابرة هي أدق محاولة هبوط تقوم بها مركبة روفر على المريخ. حقوق الصورة: بواسطة NASA / JPL-Caltech - https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA24377.jpg ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟
عندما تأتي المثابرة للهبوط على المريخ ، فإنها ستكون بمفردها. إنه بعيد جدًا عن الأرض لأي تحكم في الوقت الفعلي في إجراءات الهبوط. اعتمادًا على موقع كلا الكوكبين في وقت معين ، قد يستغرق الأمر ما بين أربع و 24 دقيقة حتى تنتقل الإشارة بينهما. عندما تهبط المثابرة على سطح المريخ ، سوف تستغرق الإشارة حوالي 11.5 دقيقة لتنتقل في اتجاه واحد. بحلول الوقت الذي نتلقى فيه إشارة بأن المثابرة قد وصلت إلى قمة الغلاف الجوي للمريخ ، سيكون المسبار قد هبط بالفعل. لذا فإن الهبوط سيحدث تلقائيًا.
ستتبع المثابرة نفس ملف الهبوط الذي تتبعه مركبات هبوط المريخ الأخرى. عندما تصل إلى قمة الغلاف الجوي لكوكب المريخ ، ستسافر بسرعة 20000 كيلومتر في الساعة (12500 ميل في الساعة). ستطلق صاروخًا بعيدًا عن المدار ، وتدخل الغلاف الجوي ، وتنشر مظلتها ، وعندما تقترب بدرجة كافية من السطح ، ستطلق قذائف رجعية لإيقاف هبوطها. لكن المثابرة لها حيلة أخرى في جعبتها.
رسم تفصيلي لطريقة هبوط المثابرة. حقوق الصورة: NASA / JPL / Caltech.
تتميز المثابرة بنظام آلي لتجنب المخاطر يسمى الملاحة النسبية للتضاريس (TRN.) أمضت وكالة ناسا سنوات في تطوير هذا النظام ، وعلى الرغم من أن جهاز أخذ عينات الكويكب أوزيريس ريكس استخدم طريقة مماثلة للهبوط بأمان على كويكب بينو ، إلا أن المثابرة أكثر عرضة للخطر.
يقارن TRN ، أو نظام رؤية الهبوط (LVS) ، الصور في الوقت الفعلي من الكاميرا مع 'خريطة' على السطح في بحيرة كريتر ، موقع هبوط المثابرة. يتم إنشاء الخريطة من صور مدارية عالية الدقة لمنطقة الحفرة. إذا كانت العربة الجوالة تتجه نحو عقبة خطيرة ، فيمكنها إطلاق صواريخها القديمة وتجنب الخطر. يعمل نظام الهبوط المستقل OSIRIS-REx بنفس الطريقة ولكن لديه القدرة على إلغاء إجراءات الهبوط وأخذ العينات إذا كان في خطر. كان لديها ما يكفي من الوقود للقيام بذلك عدة مرات.
تم تجهيز مركبة Perseverance الجوالة في مارس 2020 بنظام رؤية هبوط يعتمد على الملاحة النسبية للتضاريس ، وهي طريقة متقدمة لمقارنة الصور في الوقت الفعلي بشكل مستقل بالخرائط المحملة مسبقًا التي تحدد موقع المركبة بالنسبة للمخاطر في منطقة الهبوط. يمكن بعد ذلك أن تقوم خوارزميات وبرامج توجيه التحويل بتوجيه العربة الجوالة حول تلك العوائق إذا لزم الأمر. الائتمان: NASA / JPL-Caltech
لكن المثابرة لا تحصل إلا على طلقة واحدة عند الهبوط ، ووقودها الصاروخي محدود. بمجرد تنفيذ إجراءات الهبوط والهبوط ، فإنها ستصل إلى السطح ، بغض النظر عن السبب. لا يمكن أن تتوقف. تستغرق العربة الجوالة حوالي 7 دقائق للانتقال من نقطة دخول الغلاف الجوي إلى الهبوط. إذا كان نظام الهبوط يعمل كما هو مخطط له ، ستصل المركبة بأمان إلى السطح وتبدأ عملها في موقع متميز على سطح المريخ.
كل ما يتعلق بإرسال مركبة جوالة إلى كوكب آخر هو أمر طموح. لكن نظام الهبوط الآلي للمثابرة أكثر طموحًا. إذا سارت الأمور وفقًا للخطة ، فتوقع رؤية هذا النظام يتم تحسينه باستمرار حتى يمكن وضع المركبات الجوالة ومركبات الهبوط على السطح بدقة قريبة جدًا. هذا يؤدي فقط إلى علم أفضل وأكثر تركيزًا. وهذا كل ما في الأمر.
المثابرة لها الجناح الهليكوبتر الخاص بها
عندما تصل المثابرة إلى المريخ ، لن تكون وحدها. ناسا ترسل على طول طائرة هليكوبتر صغيرة تسمى Ingenuity. الإبداع هو مهمة استعراضية للتكنولوجيا ، ومهمة طموحة للغاية. لن يؤدي الإبداع في الواقع إلى أي علم ، ولكنه سيوفر ملاحظات مهمة حول عمليات الطيران في الغلاف الجوي الرقيق للمريخ.
البراعة مطوية تحت المثابرة ، على بطنها. مهمتها الأولى هي البقاء على قيد الحياة في الليالي الباردة على سطح المريخ ، حيث يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى -90 درجة مئوية (-130 فهرنهايت) في Jezero Crater. المروحية الصغيرة مبنية إلى حد كبير من أجزاء جاهزة للاستخدام. لذا فإن النجاة من البرد هو التحدي الأول لها.
بطن العربة الجوالة المثابرة. يتم إخفاء الإبداع بعيدًا في الوسط السفلي ، مع طي الأجنحة. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech
ثم تصبح الأمور طموحة للإبداع. إنها أول مركبة يتم إرسالها إلى كوكب آخر لمحاولة طيران متحكم فيه بالطاقة. إذا نجحت ، فإن البيانات التي تجمعها ستكون لا تقدر بثمن في تطوير الطائرات الدوارة للبعثات المستقبلية. يزن الإبداع حوالي 1.8 كجم فقط (4 أرطال) وله دوارات كبيرة تدور بسرعة أكبر بكثير من دوارات الهليكوبتر هنا على الأرض. ذلك لأن الغلاف الجوي رقيق للغاية بحيث يصعب رفعه. لكن جاذبية المريخ أضعف من جاذبية الأرض مما يساعد المروحية الصغيرة على النجاح.
هدفها هو إكمال خمس رحلات قصيرة خلال نافذة مهمة مدتها 30 يومًا. لإكمال مهمتها ، يجب على الإبداع أن يتعامل مع المسافة بين الأرض والمريخ بنفس الطريقة التي يعمل بها المثابرة. لذا ستتلقى المروحية الصغيرة بعض التعليمات من مهندسي البعثة قبل الإقلاع. ولكن سيتعين عليها مراقبة درجة حرارتها أثناء الطيران لمنعها من البرودة الشديدة. كما يتعين عليها أيضًا اتباع مسار الرحلة بأمان دون التحكم في الوقت الفعلي.
رسم توضيحي للفنان للإبداع والمثابرة على المريخ. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech
لذا فإن أولى طائراتنا التي حاولت الطيران على كوكب آخر لا تتمتع حتى بمشغل متمرس في الضوابط. بدلاً من ذلك ، ستعتمد على الذكاء الاصطناعي.
إذا لم يكن هذا طموحًا ، فما هو؟
جمع العينات وتخزينها مؤقتًا للعودة في نهاية المطاف إلى الأرض
مهمات عودة العينات تتزايد في الأهمية. مركبة الفضاء هايابوسا 2 اليابانية العينات التي تم جمعها مؤخرًا من الكويكب ريوجو وأعادهم إلى الأرض. وجمعت للتو OSIRIS-REx من NASA بنجاح عينات من الكويكب بينو. ستتم إعادة هذه العينات إلى الأرض في سبتمبر 2023.
لكن هذه عينات كويكب. وبينما كانت تلك المهمات معقدة ، فإن أخذ عينات من كويكب ليس بنفس صعوبة جمع عينة من كوكب حقيقي. تجعل جاذبية الكويكب الضعيفة نسبيًا المناورة أسهل.
المثابرة لن تعيد العينات إلى الأرض. هذه طريقة معقدة للغاية لمهمة واحدة. لكن العربة الجوالة لديها بعض الطموحات في أخذ العينات.
المثابرة مجهزة بحفر ، بالطبع ، يمكنها جمع عينات من عينات الصخور والتربة. عندما يحدد العلماء الصخور والتربة المهمة التي يرغبون في دراستها عن كثب ، يمكن للمثابرة جمعها ووضعها في أنابيب مغلقة. هناك 43 عينة أنابيب إجمالاً.
تستخدم عربة المثابرة إستراتيجية التخزين المؤقت في المستودعات لاستكشاف المريخ. حقوق الصورة: NASA / JPL / Caltech
المثابرة لها ذراع آلية منفصلة فقط لإدارة العينات وتخزينها في أنابيب. سيتم وضع أنابيب العينات في مخابئ على السطح ، وسيتم فهرسة مواقع هذه العينات. ستحدد الصور المدارية مواقع العينة في نطاق متر واحد (3 أقدام) وستزيد العربة الجوالة نفسها هذه الدقة إلى حدود سنتيمتر واحد.
المثابرة لها أيضًا ما يسمى 'أنابيب الشهود'. يحتوي على خمسة من هذه الأنابيب ، ويتم استخدامها لجمع عينات من الغلاف الجوي بالقرب من مواقع جمع العينات والحفر. إنها بالفعل مليئة بالمواد التي يمكنها امتصاص الملوثات الجزيئية والجسيمات. عندما يتم إرجاع العينات في النهاية إلى الأرض ، يمكن مقارنتها بعينات الشهود لمعرفة ما إذا كانت أي ملوثات من الأرض موجودة أثناء أخذ العينات.
ولكن هنا حيث يصبح الأمر طموحًا حقًا: إعادة العينات إلى الأرض.
هناك خطة قيد الإعداد لإعادتهم إلى المعامل على الأرض. سيتم إرسال المسبار إلى المريخ بالقرب من مواقع التخزين المؤقت ، وسيتم إرسال عربة جوالة صغيرة لجمعها وفقًا للخريطة التفصيلية للمثابرة. ثم تعيدهم العربة الجوالة الصغيرة إلى المسبار.
رسم بياني من وكالة الفضاء الأوروبية يعرض فكرة عودة عينة المريخ. حقوق الصورة: ESA
من هناك ، سيتم إطلاقهم إلى مدار المريخ بواسطة صاروخ تم إحضاره إلى السطح مع المسبار. ثم مركبة منفصلة تدور حول المريخ تسمى مركبة عودة الأرض سيجمع العينات ويعيدها إلى الأرض. تهدف وكالة الفضاء الأوروبية إلى تلعب دورًا كبيرًا في إرجاع العينة.
على الرغم من أن عودة العينة ليست جزءًا من مهمة المثابرة ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، إلا أنها لا تزال طموحة للغاية. ولكي تكون هذه العينات ذات قيمة ، يجب أن تقوم المثابرة بعملها بأقصى قدر من الاجتهاد.
جهاز ليزر فضائي ذكي اصطناعيًا
يتمثل جزء مهم من مهمة العربة الجوالة في دراسة التركيب الكيميائي لمحيطها. يتسم تكوين الصخور المريخية والثرى بأهمية قصوى في بحث المثابرة عن أدلة على الحياة الماضية وإمكانية السكن. يلعب التحليل الطيفي دورًا كبيرًا في هذا.
التحليل الطيفي يتضمن المراقبة عن كثب كما يمر الضوء عبر الغاز. تخون الأنماط في الأطوال الموجية للضوء وجود عناصر ومركبات معينة. لكن المشكلة هي أن الصخر صلب.
لذا فإن المثابرة مجهزة بأداة متعددة الوظائف تسمى SuperCam . تحتوي SuperCam على ثلاثة مقاييس طيفية منفصلة. واحد منهم يسمى LIBS ، أو مطيافية الانهيار المستحث بالليزر .
يبلغ مدى الليزر في LIBS في Perseverance حوالي 7 أمتار (20 قدمًا) ، ويمكن استخدامه لتفجير أهداف مناسبة بطاقة كافية لتسخين صخرة مستهدفة إلى 10000 درجة مئوية (18000 فهرنهايت) وإنشاء نفخة من البلازما. يمكن لمقاييس الطيف الخاصة به بعد ذلك قراءة الضوء أثناء مروره عبر البلازما لتحديد تركيبة الصخور.
إذا لم يكن هذا طموحًا بدرجة كافية ، فيمكن لليزر أن يقوم بتفجيره دون تدخل بشري. لديها ذكاء اصطناعي يمكنه تحديد الأهداف المرغوبة أثناء وجود العربة الجوالة في الطريق. ثم يمكنه إطلاق الليزر وأخذ قراءات طيفية ، كل ذلك دون أن يطلب منه ذلك. كان لدى MSL Curiosity أداة مماثلة مع ذكاء اصطناعي مماثل ، ولكن تم تحسين المثابرة كثيرًا ولديها دقة أكبر.
في كتبنا ، يعتبر مقياس طيف الليزر الفضائي ذو الذكاء الاصطناعي أمرًا طموحًا - فهو نوع من التسلل وراء جميع الجوانب الطموحة الأخرى للمهمة ، مثل المروحية. لكن لا تخطئ: الليزر ومقياس الطيف الذي يمكنه اختيار أهدافهما دون تدخل بشري هو بالتأكيد طموح.
رسم فنان للمثابرة يطلق ليزره. حقوق الصورة: تاليس
في التحليل النهائي ، من المستحيل تحديد أكثر مهمة فضائية طموحًا. على سبيل المثال ، من الصعب مقارنة المركبة المتجولة Perseverance بهبوطها التاريخي على سطح القمر. وبالفعل ، ليست هناك حاجة لذلك. يحب البشر فقط ترتيب الأشياء.
ولكن بأي طريقة تنظر إليها ، فإن مهمة المركبة الجوالة المثابرة التابعة لوكالة ناسا طموحة للغاية. من المحتمل أن تقدم بعض الأدلة الضائعة عندما يتعلق الأمر بصلاحية المريخ القديمة للسكن. هناك أيضًا العديد من الطرق التي يمكن أن تسير بها الأمور بشكل جانبي ، وهو جزء من مهمات طموحة مثل هذه.
سواء اعتبرناها الأكثر طموحًا أم لا ، لا يهم حقًا في النهاية. لكن كل هذا الطموح يحدد المهمة حقًا.
وإذا استطاعت وكالة ناسا أن تنجح في ذلك ، فسيكونون قد عززوا موقعهم بصفتهم وكالة الفضاء الأكثر طموحًا وإنجازًا على الأرض.
