«هفت دقیقه جهنمی» در مریخ: نگاهی به مهندسی پیچیده‌ترین ربات تاریخ

تصور کنید که روی شن‌های سرخ‌رنگ یک بیابان ایستاده‌اید؛ جایی که هیچ انسانی تاکنون روی آن قدم نگذاشته است. بادهای سرد مریخی شن‌های سرخ‌رنگ را جابه‌جا می‌کنند و خورشید کم‌فروغ از افق کوتاه مریخ طلوع می‌کند. هزاران کیلومتر دورتر از خانه، در این سکوت مطلق، یک مأموریت جاه‌طلبانه دارید: یافتن سرنخ‌هایی از گذشته‌ی مریخ و شاید حتی نشانه‌هایی از زندگی.

مریخ اکنون در مرکز یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های فضایی بشر قرار دارد. این سیاره‌ی سرخ، با دشت‌های خشک، دره‌های عمیق و کوه‌های عظیمش، می‌تواند داستان‌هایی از میلیاردها سال پیش را در دل خود نگه داشته باشد؛ داستان‌هایی که شاید شواهدی از حیات را در خود داشته باشند. اما چگونه می‌توانیم این رازها را کشف کنیم؟

ساخته‌شده با هوش مصنوعی

این همان چالشی بود که دانشمندان سیاره‌شناس در دهه‌های اخیر با آن روبه‌رو شدند. هر ده سال، آن‌ها گرد هم می‌آیند تا مسیر اکتشافات فضایی را ترسیم کنند. در سال ۲۰۱۱، دانشمندان در یکی از این نشست‌های تاریخی، تصمیمی سرنوشت‌ساز گرفتند: بازگرداندن نمونه‌هایی از سطح مریخ به زمین.

ایده‌ی جمع‌آوری و بازگشت نمونه‌ها از سیاره‌ای دیگر، مانند ساختن پلی میان دو دنیا است؛ مأموریتی که نه‌تنها به مهندسی بی‌نقص و فناوری‌های پیشرفته نیاز دارد، بلکه جسارتی بی‌مانند برای رویارویی با ناشناخته‌ها را می‌طلبد. کاوشگرهای پیشین دستاوردهای بی‌نظیری داشتند، اما هیچ‌یک نتوانستند پیچیدگی و توانایی آزمایشگاه‌های زمین را با خود به مریخ ببرند. اینجا بود که ناسا دست به طراحی پروژه‌ای بی‌سابقه زد: ارسال مریخ‌نورد پرسیویرنس که نه‌تنها بتواند نمونه‌هایی از خاک و سنگ مریخ جمع‌آوری را کند، بلکه این گنجینه‌ی ارزشمند را برای بازگشت به زمین آماده کند.

۹ سال طول کشید تا این مأموریت بلندپروازانه به مرحله‌ی عملیاتی برسد. مأموریت مریخ ۲۰۲۰ در تاریخ ۳۰ جولای ۲۰۲۰ از پایگاه فضایی کیپ کاناورال پرتاب شد و در تاریخ ۱۸ فوریه‌ی ۲۰۲۱ در دهانه‌ی یِزرو فرود آمد. کاوشگر پرسیویرنس، مأموریتی را آغاز کرد که حداقل به مدت یک سال مریخی (معادل ۶۸۷ روز زمینی) ادامه داشت و تا امروز فراتر از برنامه‌ریزی‌ها ظاهر شده است.

در مقاله‌ی پیش‌رو به مهندسی بی‌نهایت دقیق مریخ‌نورد پرسیویرنس (Perseverance) می‌پردازیم تا با جزئیات مأموریت هیجان‌انگیز ناسا آشنا شویم.

اهداف مأموریت مریخ ۲۰۲۰ تا حد زیادی با مأموریت مریخ‌نوردهای پیشین همپوشانی دارد: مطالعه‌ی ژئولوژی و شرایط آب‌وهوایی در محل فرود. بااین‌حال، به مریخ‌نورد پشتکار اهداف جدید و منحصربه‌فردی نیز محول شد. شاید مهم‌ترین این اهداف، جست‌وجوی نشانه‌های حیات باستانی باشد.

بااین‌حال، یافتن نشانه‌های زیستی، کار ساده‌ای نیست. زمین‌شناسان در یافتن چنین نشانه‌هایی روی زمین نیز با چالشی مشابه روبه‌رو هستند. اگرچه حیات روی زمین حدود ۳ تا ۴ میلیارد سال پیش در دوران پرکامبرین آغاز شد، موجودات زنده تا حدود ۵۵۰ میلیون سال پیش نشانه‌های بارز زیستی برجای نگذاشتند.

یکی از نمونه‌های برجسته‌ی نشانه‌های زیستی باستانی روی زمین، استروماتولیت‌ها هستند. استروماتولیت‌ها ساختارهای سنگی و معدنی هستند که توسط گروه‌های هماهنگ موجودات تک‌سلولی، به‌ویژه سیانوباکتری‌ها (که پیش‌تر جلبک‌های سبزآبی نامیده می‌شدند)، ساخته می‌شوند. یافتن ساختارهایی مشابه این در سنگ‌های باستانی مریخ می‌تواند کشفی هیجان‌انگیز و به‌طور بالقوه بسیار معنادار باشد.

یکی از اهداف دیگر، حرکت مریخ‌نورد به سمت دلتای رودخانه‌ی باستانی تعیین شد تا شواهد زمین‌شناسی، کانی‌شناسی و شیمیایی از محیط گذشته را بررسی کند. در زمین، بسته به سرعت جریان آبی که رسوب را حمل می‌کند، اندازه‌ی ذرات و سرعت انباشت می‌تواند انواع مختلفی از آثار زندگی را در بخش‌های مختلف یک دلتا مشخص کند. با دانستن این موضوع، تیم مأموریت در تلاش است تا به‌صورت منظم این نواحی را کاوش کند.

علاوه بر اهداف اولیه، بررسی دامنه و لبه‌ی دهانه نیز در برنامه‌ی تحقیقاتی پشتکار گنجانده شده است؛ زیرا اندازه‌گیری‌های مداری، حلقه‌ای از خاک رس و کانی‌های کربناته را نشان داده‌اند که اقلیم آبی گذشته را مشخص می‌کند. این دریاچه‌ی احتمالی به‌مرور زمان و با تبخیر یا فرو رفتن آب در زمین، خشک شد. بسته به اهداف جدید، مریخ‌نورد لبه‌ی دهانه را پشت‌سر خواهد گذاشت تا با انتخاب ایمن‌ترین شیب‌ها، مسیری را در دامنه‌ی کوه برای بررسی دقیق‌تر سنگ‌های باستانی ادامه دهد.

مریم صفدری

مریخ نورد پرسویرنس رکورد جدیدی را در تولید اکسیژن در سیاره سرخ به ثبت رساند

مطالعه '3

در مجموع، اهداف پروژه‌ی مریخ ۲۰۲۰ در راستای یافتن نشانه‌های حیات میکروبی قدیمی، جمع‌آوری نمونه‌های سنگ و خاک برای بازگرداندن به زمین و هموار کردن راه برای مأموریت سرنشین‌دار آینده تعیین شد. این اهداف با برنامه‌ی بزرگ‌تر اکتشاف مریخ ناسا و چشم‌انداز بلندمدت آن برای مأموریت‌های انسانی در دهه‌ی ۲۰۳۰ همسو است.

سفر کاوشگر پرسیویرنس ناسا، مدت‌ها قبل از پرتاب آن در سال ۲۰۲۰ آغاز شد. ریشه‌ی این مأموریت به اوایل دهه‌ی ۲۰۱۰ بازمی‌گردد. در دسامبر ۲۰۱۲ ناسا در نشست پاییزی اتحادیه‌ی ژئوفیزیک آمریکا در سانفرانسیسکو، رسماً مأموریت «مریخ ۲۰۲۰» را اعلام کرد. این بیانیه سرآغاز دوره‌ای جدید در اکتشافات مریخ بود. با وجود بحث‌هایی در میان جامعه‌ی علمی درباره‌ی تمرکز مداوم ناسا بر مریخ، تصمیم بر ادامه‌ی مطالعات سیاره‌ی سرخ با اکثریت آراء در جلسات ناسا رأی آورد. برخی منتقدان معتقد بودند که ناسا با توجه به محدودیت‌های بودجه‌ای، باید به کاوش مقاصد دیگری در منظومه‌ی شمسی بپردازد.

Statista

باوجود چالش‌های مالی، این پروژه به‌دلیل اهداف بلندپروازانه‌اش تأیید شد. بودجه‌ی اولیه‌ی مأموریت، ۱٫۵ میلیارد دلار تعیین شد، اما این برآورد در سال‌های بعد افزایش یافت. در سال ۲۰۱۸، گزارشی از دفتر حسابرسی دولت ایالات متحده فاش کرد که هزینه‌ی این پروژه به عدد ۲٫۴۶ میلیارد دلار رسیده است و همچنان احتمال افزایش آن وجود دارد. افزایش هزینه‌ها نگرانی‌هایی در میان جامعه‌ی علمی ایجاد کرد، زیرا احتمال می‌رفت که بر سایر مأموریت‌های رباتیک تأثیر منفی بگذارد.

در سال ۲۰۱۳، پروژه وارد مرحله‌ی طراحی و در سال ۲۰۱۶، فاز اجرایی آغاز شد. در این مدت، ناسا تلاش کرد تا بودجه و حمایت لازم را برای این مأموریت تأمین کند. در لایحه‌ی هزینه‌های مالی سال ۲۰۱۴، ۶۵ میلیون دلار به‌طور خاص برای کاوشگر مریخ ۲۰۲۰ اختصاص یافت. این بودجه، بخشی از هزینه‌ی سالانه‌ی ۱٫۳۴۵ میلیارد دلاری برای بخش علوم سیاره‌ای ناسا بود و به تثبیت آینده‌ی پروژه کمک کرد.

برای هماهنگی با بودجه‌ی محدود ناسا و کاهش پیچیدگی مأموریت، ۹۰ درصد از قطعات مریخ‌نورد جدید، شامل مرحله‌ی ارسال و سامانه‌ی فرود، از قطعات یدکی باقی‌مانده از پروژه‌ی کنجکاوی به ارث رسیدند. بنابراین هزینه‌ی ساخت آن حداقل ۷۰۰ میلیون دلار کمتر از ۲٫۸ میلیارد دلاری بود که برای کنجکاوی خرج شده بود. با این اوصاف، مریخ‌نورد ۲۰۲۰ به نوعی یک کپی ظاهری از پروژه‌ی کنجکاوی است.

مأموریت مریخ ۲۰۲۰ در مراحل اولیه‌ی خود با رقابت از سوی پروژه‌های دیگر اکتشافات سیاره‌ای روبه‌رو شد. بااین‌حال، به دلیل پتانسیل کشفیات علمی بی‌سابقه، جایگاه خود را به‌عنوان مأموریت پرچمدار مریخی این دهه تثبیت کرد. تا سال ۲۰۲۰، پروژه به یک برنامه‌ی ۲٫۷ میلیارد دلاری تبدیل شد. از این میزان، ۲٫۲ میلیارد دلار برای توسعه‌ی فضاپیما، ۲۴۳ میلیون دلار برای پرتاب و حدود ۳۰۰ میلیون دلار برای عملیات علمی در طول مأموریت دو ساله‌ی نخست تخصیص یافت.

اهداف بلندپروازانه‌ی پروژه‌ی ۲۰۲۰ از همان ابتدا هزینه‌های مأموریت را از بودجه‌ی تعیین‌شده فراتر برد، اما در جریان آماده‌سازی مریخ‌نورد، رخدادهای پیش‌بینی‌نشده هم باعث افزایش بیشتر هزینه‌ها شد؛ مثلاً حدود ۱۲ درصد از این افزایش به دلیل تأخیرها و اختلالاتی بود که همه‌گیری کووید-۱۹ به وجود آورد.

نام «پرسیویرنس» (Perseverance) به‌معنی «پشتکار» برای مریخ‌نورد پروژه‌ی مریخ ۲۰۲۰ ناسا از طریق یک رقابت ملی بین دانش‌آموزان، در ادامه‌ی سنت انتخاب نام برای مریخ‌نوردها از طریق مشارکت عمومی صورت گرفت. الکساندر ماثر (Alexander Mather)، دانش‌آموز پایه‌ی هفتم از ایالت ویرجینیا، این نام را پیشنهاد داد که از میان بیش از ۲۸٬۰۰۰ پیشنهاد، برگزیده شد.

مقامات ناسا باور داشتند این نام انتخابی مناسب برای تکمیل نام مریخ‌نورد قبلی، یعنی «کنجکاوی» (Curiosity)، است. دکتر توماس زوربوچن، معاون اجرایی ناسا در رویداد معرفی این مأموریت افزود:

هیچ‌گاه کاوش بدون پشتکار ممکن نبوده است. پشتکار و کنجکاوی، زمانی که با هم همراه شوند، اکتشاف را معنا می‌بخشند.

- دکتر توماس زوربوچن، معاون اجرایی ناسا

از سال ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۸، ناسا و جامعه‌ی علمی به‌دقت گزینه‌های محل فرود مریخ‌نورد پشتکار را بررسی کردند. همانند مأموریت‌های قبلی، مجموعه‌ای از نشست‌های عمومی برگزار شد که در آن‌ها دانشمندان، مهندسان مأموریت از آزمایشگاه پیشران جت ناسا (JPL) و کارشناسان فناوری فضایی برای بحث و بررسی درباره‌ی مناسب‌ترین مکان برای دستیابی به اهداف مأموریت گرد هم آمدند.

تا چهارمین نشست در اکتبر ۲۰۱۸، رقابت به چهار گزینه‌ی اصلی محدود شده بود. یکی از این گزینه‌ها بازگشت به تپه‌های کلمبیا در دهانه‌ی گوسو بود. حدود یک دهه‌ی پیش در این منطقه، مریخ‌نورد روح (Spirit) صخره‌هایی با مواد معدنی حاوی سیلیکا کشف کرده بود. برخی از پژوهشگران معتقدند که این ویژگی‌ها می‌توانند امضای زیستی احتمالی باشند، چرا که مشابه این ویژگی‌ها در برخی نقاط زمین نیز یافت شده است.

شرکت‌کنندگان در نشست و تیم علمی مأموریت مریخ ۲۰۲۰ در نهایت یزرو را به‌عنوان انتخاب اول توصیه کردند. این نام برگرفته از شهری کوچک در کشور بوسنی و هرزگوین در منطقه‌ی بالکان است. ناسا به‌طور رسمی در نوامبر ۲۰۱۸ این مکان را به‌عنوان محل فرود انتخاب کرد.

دهانه‌ی یزرو، یک دهانه‌ی برخوردی به قطر ۴۵ کیلومتر که در لبه‌ی غربی منطقه‌ای به نام ایسیدیس پلنیتیا در سیاره‌ی مریخ قرار دارد، به دلیل تاریخچه‌ی غنی زمین‌شناسی و احتمال وجود نشانه‌هایی از حیات باستانی، توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است.

تخمین زده می‌شود که دهانه‌ی یزرو حدود ۳٫۹ میلیارد سال پیش، در دوره‌ی نوآخیان (Noachian) مریخ شکل گرفته باشد. تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های طیفی و تصویری جمع‌آوری‌شده توسط مدارگردهای MRO و مارس اکسپرس تأیید کرده‌اند که حدود ۳٫۷ میلیارد سال پیش، رودخانه‌ای دیواره‌ی این دهانه را شکافته و دلتایی ایجاد کرده بود که به دریاچه‌ای منتهی می‌شد و این موضوع احتمال یافتن نشانه‌های حیات باستانی را افزایش می‌دهد.

NASA

طراحی و ساخت این مریخ‌نورد به تیمی در JPL در پاسادینای کالیفرنیا سپرده شد؛ تیمی که شامل بسیاری از مهندسان، مدیران و متخصصانی بود که پیش‌تر در پروژه‌های ساخت مریخ‌نوردهای کنجکاوی، سوجورنر (Sojourner)، روح (Spirit) و فرصت (Opportunity) شرکت داشتند.

اعلام این مأموریت آغازگر روندی شد که جان گرونزفلد، معاون علمی ناسا، آن را «هفت سال نوآوری» نامید؛ دوره‌ای که در آن ادواتی جدید و برخی ابزارهای کاملاً نوآورانه طراحی و ساخته می‌شدند. در طول این روند، مریخ‌نورد پشتکار به امکانات کاملاً جدیدی مجهز شد که به آن کمک می‌کرد مأموریت ذخیره‌سازی نمونه‌ها را که در برنامه‌ی ده‌ساله تعریف شده بود، انجام دهد.

ساخت مریخ‌نورد جدید، یک فرایند پیچیده و چندساله بود که تیم‌ها و پیمانکاران مختلفی از سراسر ایالات متحده را درگیر کرد و در این میان، JPL مسئولیت هماهنگی بین پیمانکاران را بر عهده گرفت.

شاسی مریخ‌نورد، که به‌عنوان اسکلت اصلی آن شناخته می‌شود، یکی از اولین قطعاتی بود که ساخته شد. مهندسان JPL با استفاده از تجربیات خود از مریخ‌نورد کنجکاوی، یک بدنه‌ی آلومینیومی طراحی کردند که بتواند شرایط سخت مریخ را تحمل کند. مرحله‌ی پایانی ساخت شاسی که در سال ۲۰۱۸ به انتها رسید، شامل آزمایش‌های دقیقی بود تا اطمینان حاصل شود بدنه می‌تواند از ابزارهای حساس مریخ‌نورد در طول سفر و بر سطح مریخ حفاظت کند.

بدنه‌ی مریخ‌نورد پشتکار که به آن جعبه‌ی الکترونیکی گرم نیز گفته می‌شود، نقش مشابهی با بدنه‌ی یک خودرو دارد. این جدار محکم، از کامپیوتر، تجهیزات الکترونیکی و آزمایشگاه درونی مریخ‌نورد در برابر آسیب‌ها محافظت و دمای آن‌ها را نیز کنترل می‌کند.

سامانه‌ی داخلی بدنه‌ی مریخ‌نورد، مسئولیت برداشتن، جابه‌جا کردن و قرار دادن مته‌ها بر سر ابزار سایش و در نهایت جای دادن لوله‌های نمونه‌برداری در سامانه‌ی ذخیره‌سازی نمونه‌ها (Sample Caching System) را بر عهده دارد. برای انجام این وظایف، مریخ‌نورد پشتکار به گونه‌ای طراحی شد تا بتواند چنین کارایی چندمنظوره‌ای داشته باشد.

سامانه‌ی تولید انرژی مریخ‌نورد، شامل یک مولد حرارتی رادیوایزوتوپ (MMRTG)، توسط وزارت انرژی ایالات متحده ساخته شد. این باتری هسته‌ای که برای تأمین مداوم حدود ۱۱۰ وات برق طراحی شده است، در طی فرایند مونتاژ چالش‌های منحصربه‌فردی از نظر مدیریت حرارتی و محافظت در برابر پرتوهای رادیواکتیو به همراه داشت.

بازوی رباتیک پشتکار، که برای جمع‌آوری نمونه‌ها ضروری است، توسط شرکت Maxar Technologies در وست‌مینستر کلرادو، توسعه یافت. این بازوی ۲٫۱ متری که یک برجک چرخشی با تجهیزات مختلف دارد، به طراحی دقیقی نیاز داشت تا بتواند در شرایط جاذبه‌ی پایین و تغییرات دمایی شدید مریخ، به‌خوبی عمل کند.

بازوی رباتیک بزرگ در قسمت جلوی مریخ‌نورد پشتکار، با مدل مشابه قبلی یعنی کنجکاوی تفاوت‌هایی دارد. در مریخ‌نورد کنجکاوی، نمونه‌های سنگی در همان محل جمع‌آوری و با ابزارهای موجود روی مریخ‌نورد مورد مطالعه قرار می‌گرفتند؛ اما مریخ‌نورد پشتکار نمونه‌ها را جمع‌آوری و آن‌ها را برای مطالعه‌ی مستقیم توسط دانشمندان، بسته‌بندی می‌کند.

برای انجام این وظایف جدید و جای دادن ابزارهای علمی متفاوت در مریخ‌نورد پشتکار، ابزار برجک مانندی (Turret) در انتهای بازوی رباتیک طراحی شد. این برجک شامل مته‌ی حفاری برای نمونه‌برداری، دو ابزار علمی و یک دوربین رنگی است که هم برای بررسی دقیق سطح سنگ‌ها و هم برای گرفتن تصاویر سلفی جهت رؤیت وضعیت مریخ‌نورد استفاده می‌شود.

چرخ‌های مریخ‌نورد، که نسبت به طراحی کنجکاوی ارتقاء یافته‌ بودند، در JPL تولید شدند. تجربیات مأموریت‌های پیشین، مهندسان را واداشت تا برای دوام بیشتر، چرخ‌ها را با آلومینیوم ضخیم‌تر بسازند و الگوی آج‌ها را تغییر دهند تا از فرسودگی ناشی از سنگ‌های تیز مریخی جلوگیری شود.

تا اوایل سال ۲۰۲۰، JPL سامانه‌ها و ابزارهای مختلف را روی مریخ‌نورد مونتاژ کرد. این ابزارها شامل دوربین‌های ماستکم ارتفاعی (Mastcam-Z) و شرلوک (SHERLOC) می‌شدند که به‌ترتیب توسط دانشگاه ایالتی آریزونا ساخته شده و در JPL توسعه یافتند. هر ابزار، آزمایش‌هایی را از سر گذراند تا اطمینان حاصل شود که ارتعاشات ناشی از پرتاب و شرایط مریخ را تحمل می‌کند.

سارا ارجمند

فناوری باستانی چگونه اکتشافات فضایی را زنده نگه داشته است؟

مطالعه '4

حافظه‌ی کامپیوتر کنترل به گونه‌ای طراحی شده است که در برابر تشعشعات شدید موجود مقاوم باشد. RCE از طریق دو مسیر که بر اساس استانداردهای صنعت هوافضا طراحی شده‌اند، با سایر سامانه‌های مریخ‌نورد ارتباط برقرار می‌کند.

مرحله‌ی نهایی مونتاژ و آزمایش در اوایل ۲۰۲۰، تنها چند ماه قبل از پرتاب به پایان رسید. این مرحله شامل بررسی کامل سامانه‌ها، از جمله شبیه‌سازی شرایط مریخ در فضای آزمایشگاهی بود؛ اما همه‌گیری کووید-۱۹ چالش‌های غیرمنتظره‌ای را در مراحل پایانی به همراه آورد و ناسا نیاز داشت برای ایمنی کارکنان در عین حفظ مهلت زمانی پرتاب، به تطبیق برنامه‌ها بپردازد. ساخت پشتکار در نهایت با پرتاب موفقیت‌آمیز آن به پایان رسید که آغاز سفر آن به مریخ را رقم زد.

ناسا در یک رقابت میان ده‌ها پیشنهاد که محققان در سال ۲۰۱۴ ارسال کردند، ابزارهای علمی مریخ‌نورد پشتکار را انتخاب کرد. برندگان این رقابت شامل شش ابزار بودند که روی مریخ‌نورد نصب شده‌اند.

سه ابزار روی دکل مریخ‌نورد قرار دارند:

• Mastcam-Z: این سامانه‌ دو دوربین بزرگنمایی چندطیفی دارد که روی دکل (بخش سبزرنگ در تصویر بالا) حسگر از راه دور مریخ‌نورد، حدود ۲ متر بالاتر از سطح مریخ، قرار دارد. فاصله‌ی بین دو لنز این دوربین‌ها ۲۴٫۴ سانتی‌متر است که امکان تصویربرداری سه‌بعدی بی‌سابقه‌ای را فراهم می‌کند.
• SuperCam: سوپرکم که یک مجموعه‌ی پیشرفته و چندکاره برای تجزیه‌وتحلیل دقیق سطح مریخ دارد، روی دکل مریخ‌نورد پشتکار نصب شده است. این ابزار با ترکیب فناوری‌های طیف‌سنجی تجزیه‌ی القایی با لیزر و طیف‌سنجی مادون قرمز، می‌تواند ترکیبات سنگ‌ها و خاک مریخ را از فاصله‌ای تا ۷ متر بررسی کند.
• ایستگاه مانیتورینگ وضعیت جو: آزمایشگر محیط مریخ (MEDA)، شامل بخشی از ابزارهای پیشرفته‌ی مریخ‌نورد، مجموعه‌ای پیچیده از حسگرها را ارائه می‌دهد که برای بررسی شرایط محیطی مریخ طراحی شده‌اند. ابزار MEDA، که وزنی معادل ۵٫۵ کیلوگرم دارد و تا ۱۷ وات انرژی مصرف می‌کند، از شش جزء اصلی تشکیل شده است: حسگرهای باد و دمای هوا، فروسرخ حرارت‌سنج، رطوبت، تابش و گردوغبار و فشار.

اهورا کیانی

مریخ نورد بعدی ناسا، ۲۳ دوربین پیشرفته خواهد داشت

مطالعه '7

این ابزارها عمدتاً نسخه‌های بهبودیافته‌ی مریخ‌نورد کنجکاوی هستند. بااین‌حال، سوپرکم برای اولین بار میکروفونی با دقت تفکیک بالا به‌همراه دارد تا صداهای مریخ را نیز ضبط کند.

رادار تصویربرداری برای کاوش زیرسطحی مریخ (RIMFAX)، از ابزارهای نوآورانه‌ای است که همراه با مریخ‌نورد پشتکار به سیاره‌ی سرخ ارسال شد. این رادار که توانایی نفوذ در زیر سطح مریخ را دارد، در بازه‌ی فرکانسی ۱۵۰ تا ۱۲۰۰ مگاهرتز کار کرده و می‌تواند تا عمق ۱۰ متری زیر سطح مریخ را بررسی کند. این ابزار از یک آنتن تکی برای ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیسی بهره می‌برد و با دقتی بین ۱۵ تا ۳۰ سانتی‌متر می‌تواند ساختارهای زیرسطحی را تصویرسازی کند.

NASA/JPL-Caltech

رادار RIMFAX که توسط مؤسسه‌ی تحقیقاتی دفاعی نروژ (Norwegian Defense Research Establishment) ساخته شد، نقش مهمی در مطالعه‌ی ترکیب زیرسطحی مریخ دارد. از طریق این ابزار، دانشمندان به داده‌هایی بی‌سابقه از ساختارهای زیرسطحی مریخ دست پیدا می‌کنند. اطلاعات به‌دست‌آمده نه‌تنها به درک تاریخچه‌ی ژئولوژی مریخ کمک می‌کند، بلکه می‌تواند شواهدی از حیات میکروبی باستانی و حضور آب در این سیاره را نیز آشکار کند.

PIXL یک طیف‌سنج پیشرفته‌ی فلورسانس پرتوی ایکس می‌باشد که روی بازوی رباتیک مریخ‌نورد نصب شده است. این ابزار می‌تواند با استفاده از پرتوی ایکس قدرتمندی به قطر ۱۲۰ میکرون، دانه‌های ماسه‌ای کوچک را تنها در ۱۰ ثانیه بررسی کند تا ترکیبات آن مشخص شود.

آخرین ابزار علمی همراه با مریخ‌نورد پشتکار، هلیکوپتر نبوغ یا Ingenuity است که در ادامه به‌طور مختصر به بررسی آن می‌پردازیم.

هلیکوپتر نبوغ، آنچنان که از نامش برمی‌آید، یک دستاورد برجسته است که روش‌های موجود را برای اکتشاف سیاره‌ی سرخ ارتقاء می‌دهد. این وسیله‌ی پروازی خودمختار که تنها ۱٫۸ کیلوگرم جرم و ۴۹ سانتی‌متر ارتفاع دارد، موفق شد بسیاری از تصورهای غیرممکن پیشین را به واقعیت تبدیل کند: پرواز کنترل‌شده در دنیایی دیگر.

طراحی این هلیکوپتر نشان‌دهنده‌ی نبوغ مهندسی است. بدنه‌ی مستطیلی آن ابعاد ۱۳۶×۱۹۵×۱۶۳ میلی‌متر دارد و زیر دو پره‌ی مخالف دوار با قطر ۱٫۲۱ متر وصل می‌شود. برای ایجاد نیروی برآر (Lift) در جو نازک مریخ، که تنها یک درصد چگالی جو زمین را دارد، پره‌های نبوغ با سرعت چشمگیر ۲۴۰۰ دور در دقیقه می‌چرخند. این سرعت در طول زمستان مریخی افزایش می‌یابد تا بتواند در چگالی پایین‌تر هوا پرواز کند.

منبع انرژی هلیکوپتر نبوغ یک صفحه‌ی خورشیدی مستطیلی است که بالای پره‌ها نصب می‌شود و باتری‌های لیتیوم-یونی را شارژ می‌کند. این باتری‌ها به هلیکوپتر اجازه می‌دهند تا ۹۰ ثانیه در هر روز مریخی پرواز کند. سامانه‌ی شارژ خورشیدی نبوغ برای بقای هلیکوپتر در محیط سخت مریخ حیاتی است؛ جایی که دما برای باتری‌ها به حد پایینی می‌رسد.

سفر نبوغ به مریخ و استقرار آن به‌دقت برنامه‌ریزی شد. این هلیکوپتر در طول سفر بین‌سیاره‌ای و فرود بر مریخ به‌طور ایمن در زیر پشتکار بسته شد. فرایند استقرار که یک توالی پیچیده بود، حدود شش روز طول کشید. با فرمان فعال‌سازی از زمین، ابتدا قفل نگهدارنده‌ی نبوغ شکسته و مکانیسم آزادسازی فعال شد.

در مرحله‌ی بعد، تیغ تیزی برای بریدن کابل نگهدارنده، پرتاب شد که با کمک نیروی کشسانی یک بازوی فنری، نبوغ را از موقعیت افقی خود چرخاند. سپس یک موتور الکتریکی کوچک، باقی‌مانده‌ی چرخش را تکمیل کرد تا هلیکوپتر به وضعیت ایستاده برسد.

آخرین مراحل استقرار شامل باز کردن چهار پایه‌ی کربنی کامپوزیت و پایین آوردن نبوغ در بالای سطح مریخ بود. این هلیکوپتر حدود ۱۳ سانتی‌متر بالاتر از زمین معلق بود تا اینکه آزاد شد. پس از اینکه نبوغ به‌طور ایمن روی سطح قرار گرفت، مریخ‌نورد دور شد تا صفحه‌های خورشیدی هلیکوپتر به‌طور کامل در معرض نور خورشید قرار گیرند.

مأموریت نبوغ که نخست برای حداکثر پنج پرواز در مدت ۳۰ روز زمین برنامه‌ریزی شده بود، بسیار فراتر از انتظارات پیش رفت. هلی‌کوپتر تا ۷۲ پرواز را تکمیل کرد و سرانجام مأموریت آن در تاریخ ۱۵ ژانویه‌ی ۲۰۲۴ به دلیل آسیب به پره‌ها در هنگام فرود اضطراری پایان یافت.

پنجره‌ی زمانی مناسب برای پرتاب مأموریت از ۱۷ جولای تا ۱۵ آگوست ۲۰۲۰ تعیین شده بود. اگر این پنجره از دست می‌رفت، مأموریت تا سپتامبر ۲۰۲۲ تعویق می‌افتاد. سرانجام پشتکار در تاریخ ۳۰ جولای ۲۰۲۰، سفر تاریخی خود به مریخ را آغاز کرد. پرتاب از پایگاه شماره‌ی ۴۱ کیپ کاناورال در فلوریدا انجام شد و از موشک Atlas V استفاده شد. این موشک پرقدرت که حدود ۵۴۴ تن جرم داشت، مریخ‌نورد یک تُنی را به فضا فرستاد.

عملکرد موشک Atlas V بسیار استثنایی بود، به طوری که تنها در ۳۵ ثانیه به سرعت فراصوت رسید. چهار دقیقه پس از پرتاب، مرحله‌ی اول از موشک جدا شد و فضاپیما در فاصله‌ی ۴۸۰ کیلومتری از محل پرتاب، ۱۶۰ کیلومتر ارتفاع داشت و با سرعت ۲۲,۰۰۰ کیلومتر در ساعت در حرکت بود.

میلاد میرکانی

ناسا مریخ‌نورد پرسویرنس و هلی‌کوپتر اینجنیوتی را به سیاره سرخ پرتاب کرد

مطالعه '3

مسیر پشتکار به سمت مریخ به‌صورت یک خط مستقیم نبود، بلکه مریخ‌نورد مسیری منحنی را طی کرد که تحت‌تأثیر جاذبه‌ی خورشید قرار داشت. فضاپیمای حامل پشتکار، مسافتی معادل ۴۷۰٫۸ میلیون کیلومتر را در طول ۷ ماه طی کرد. جالب اینجا است که در نقطه‌ی میانی مأموریت، فاصله‌های مستقیم از زمین و مریخ برابر نبودند.

در طول سفر بین‌سیاره‌ای، پشتکار ارتباط خود را از طریق شبکه‌ی عمیق فضایی (Deep Space Network) با کنترل‌کنندگان مأموریت حفظ کرده بود. با پیشرفت فضاپیما، تأخیر در ارتباطات افزایش یافت، از ۲ دقیقه و ۲۲ ثانیه در نقطه‌ی میانی تا ۱۱ دقیقه و ۳۰ ثانیه در زمان رسیدن به مریخ.

یزرو یکی از چالش‌برانگیزترین مناطقی است که ناسا تاکنون تلاش کرده روی آن فرود آید. تمام سایت‌های فرود مریخ‌نوردها باید الزامات خاصی را داشته باشند: نزدیکی به خط استوا برای جلوگیری از سرمای شدید؛ ارتفاعی کم که چتر نجات بتواند هوای کافی برای عملکرد مناسب داشته باشد و نبود صخره‌های بزرگ، شیب‌ها و سایر موانع که خطر برخورد داشته باشند.

پس از جداسازی چتر نجات و شروع پرواز با موتورها، سامانه‌ی جدید اجتناب از خطر، صخره‌ها و موانع بزرگ را شناسایی کرده و مریخ‌نورد را به ارتفاعی حدود ۷٫۶ متری بالای یک مکان امن هدایت کرد. سپس، سامانه‌ی معروف به جرثقیل آسمانی (Sky crane) که اولین بار در مأموریت کنجکاوی استفاده شد، مریخ‌نورد را با کابل به سطح مریخ رساند تا فرودی نرم و ایمن داشته باشد. درست سه ثانیه بعد از اینکه حسگرهای نصب‌شده روی چرخ‌ها، سطح سیاره را لمس کرد، ۴ کابل اتصال جرثقیل رها شده و سامانه‌ی فرود، به سمت منطقه‌ی بدون خطر و دورتری پرواز (و سقوط) کرد.

دوربین‌های نصب‌شده روی سامانه‌ی فرود، لحظه‌ی انجام مأموریت را ثبت کرده‌اند که تصاویر خیره‌کننده‌ای از فرود مریخ‌نورد را به نمایش می‌گذارد.

نقطه‌ی اوج میراث علمی مریخ‌نورد پشتکار به جمع‌آوری نمونه‌هایی که برای بازگشت به زمین به‌دست می‌آورد، بستگی خواهد داشت. برای انجام این کار، طراحان، فضایی قابل توجه برای سامانه‌ی نمونه‌برداری و ذخیره‌سازی (SCS) در نظر گرفته‌اند. مته‌ی SCS که روی بازوی مریخ‌نورد نصب شده است، نمونه‌هایی از هسته‌‌ی سنگ و خاک مریخی را برمی‌دارد.

چرخ‌دنده‌های مته شامل شش مته برای حفاری هسته‌ی سنگ‌ها، یک مته‌ی «ریگولیت» برای جمع‌آوری خاک و دو سوهان برای خرد کردن سنگ‌ها یا دیگر سطوح، جهت تجزیه و تحلیل با ابزارهای مریخ‌نورد است. همچنین ابزاری وجود دارد که می‌تواند جریان بادی از گاز نیتروژن را روی نمونه‌ها بدمد تا گردوغبار یا باقی‌مانده‌های حفاری را از روی آن پاک کند.

این مریخ‌نورد همچنین یک بازوی رباتیک کوچک دارد تا نمونه‌هایی را از روی زمین بردارد و در لوله‌های تیتانیومی مهروموم کند. سپس این نمونه‌های درون لوله را روی سطح مریخ رها می‌کند تا در آینده، توسط مأموریت‌های آتی جمع‌آوری و به زمین بازگردانده شود. پشتکار در مجموع ۴۳ لوله به اندازه‌ی یک ماژیک را به یزرو می‌برد. در طی مأموریت اصلی، تیم علمی امیدوار است که تا ۳۸ لوله را با نمونه‌های سنگ و خاک جذاب و باارزش علمی پر کند.

مهدی جوان بخت

مریخ‌نورد پرسویرنس موفق به جمع‌آوری نمونه از دل سنگ‌های مریخ شد

مطالعه '6

بااین‌حال، پنج لوله‌ی باقی‌مانده نیز به همان اندازه حیاتی هستند: این لوله‌ها به‌طور خاص برای ارائه‌ی «نمونه‌های شاهد» طراحی شده‌اند که هرگونه آلاینده‌ی آلی یا شیمیایی را که ممکن است از زمین به مریخ منتقل شده باشد، شناسایی کنند.

به‌جای پر شدن از نمونه‌ها، لوله‌های شاهد فرایند کامل «حفاری آزمایشی» را طی خواهند کرد و توسط سامانه‌های SCS مریخ‌نورد مانند نمونه‌های واقعی دستکاری و مهروموم خواهند شد. این کار، روشی است برای بررسی اینکه آیا مواد آلی یا دیگر آلاینده‌ها که ممکن است از خود مریخ‌نورد وارد نمونه‌های مریخی شده باشند، به‌طور غیرمستقیم وارد نمونه‌های واقعی شده‌اند یا خیر.

درحالی‌که هنوز هیچ مأموریتی برای بازگشت نمونه از مریخ تأیید یا بودجه دریافت نکرده، چندین آژانس فضایی در سراسر دنیا به‌طور جدی در مراحل برنامه‌ریزی چنین مأموریتی است. برای مثال، ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA) در حال بررسی ایده‌ای برای مأموریت‌های مشترک هستند که نمونه‌های جمع‌آوری‌شده توسط پشتکار را پیدا، جمع‌آوری و به زمین بازگردانند.

بابک قهرمانی

ناسا چگونه نمونه‌های مریخ را به زمین خواهد آورد؟

مطالعه '4

برنامه‌ی ناسا و ESA شامل پرتاب دو مأموریت در سال ۲۰۲۶ است. مأموریت اول، یک فرودگر ناسا خواهد بود که یک مریخ‌نورد کوچک ساخته‌شده توسط ESA به نام ربات جمع‌آوری‌کننده (Fetch Rover) و یک موشک کوچک به نام وسیله‌ی پرتاب به مدار مریخ (Mars Ascent Vehicle یا MAV) را حمل خواهد کرد. این مریخ‌نورد، لوله‌های نمونه‌ی ذخیره‌شده توسط پشتکار را از سطح مریخ جمع‌آوری کرده و به MAV تحویل خواهد داد تا آن‌ها را در یک کپسول نمونه به اندازه‌ی توپ فوتبال قرار دهد.

پس از آن، MAV این کپسول را به مدار مریخ پرتاب می‌کند؛ جایی که یک مدارگرد بازگشت به زمین، ساخته‌شده توسط ESA، منتظر خواهد بود تا کپسول را دریافت کند. این مدارگرد سپس مریخ را ترک می‌کند و به زمین بازمی‌گردد، جایی که کپسول را برای فرود با کمک چتر در صحرای یوتا در سال ۲۰۳۱ رها خواهد کرد.

میلاد میرکانی

ناسا نمی‌تواند نمونه‌های مریخ را طبق برنامه به زمین بیاورد

مطالعه '3

کاوشگر پشتکار نمایانگر یک جهش بزرگ در اکتشافات بشر در مریخ و نتیجه‌ی سال‌ها دانش علمی و مهندسی است. این مأموریت با هزینه‌ی ۲٫۷ میلیارد دلار، سفر خود را در تاریخ ۳۰ جولای ۲۰۲۰ آغاز کرد و به نقطه‌ی عطف مهمی در جست‌وجوی شواهد احتمالی از حیات میکروبی گذشته در سیاره‌ی سرخ تبدیل شد.

مأموریت پشتکار در دهانه‌ی یزرو به مجموعه‌ای پیشرفته از ابزارها مجهز است، از جمله دستگاه سوپرکم که با استفاده از روش‌های تجزیه‌ی طیف‌سنجی لیزری، امکان تحلیل دقیق ترکیبات سطحی مریخ و جست‌وجوی نشانه‌های زیستی را فراهم می‌کند. علاوه بر این، اضافه شدن بالگرد کوچک نبوغ، تعهد ناسا به گسترش مرزهای اکتشافات فرازمینی را برجسته می‌سازد.

همزمان با ادامه‌ی کاوش‌های پشتکار، این مریخ‌نورد نه تنها به دنبال پاسخ‌هایی درباره‌ی گذشته‌ی مریخ است، بلکه راه را برای مأموریت‌های انسانی آینده هموار می‌کند. قابلیت این کاوشگر در آزمایش تولید اکسیژن از جو مریخ و توانایی رانندگی خودکار پیشرفته‌ی آن، از موارد مهمی است که در مأموریت‌های انسانی آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

مأموریت پشتکار جوهره‌ی کاوش علمی را از فناوری پیشرفته و میل همیشگی بشر به درک کیهان به نمایش می‌گذارد. درحالی‌که داده‌های دریافتی از این مریخ‌نورد همچنان در حال تحلیل و بررسی‌اند، امید به شناسایی شواهد بالقوه‌ی حیات میکروبی در گذشته‌ی مریخ، ما را به یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علمی در حوزه‌ی سیاره‌شناسی نزدیک کرده است.