همه آن چه باید درباره مریخ نورد پشتکار ناسا بدانیم - وبلاگ ماریانا

به گزارش وبلاگ ماریانا، در حالی که ناسا برای پرتاب تازه ترین مأموریت خود تا ساعتی دیگر آماده می گردد، خوب است از فعالیت های مریخ نورد پشتکار به همراه بالگرد نبوغ و مسیری که طی می نمایند، بیشتر بدانیم.

این سومین مأموریت به سوی مریخ است که در هفته های اخیر انجام می گردد. نخستین مأموریت توسط امارات متحده عربی با کاوشگر امید و دومین مأموریت توسط چین با مریخ نورد تیان ون-1 انجام شد. امروز نیز ناسا در ساعت 7:50 دقیقهی منطقه زمانی شرقی (16:20 به وقت ایران) پرتاب مریخ نورد پشتکار (Perseverance) را انجام خواهد داد.

برنامه ریزی برای این مأموریت که با نام رسمی مارس 2020 شناخته می گردد، در 4 دسامبر 2012 (14 آذر 1391) و در حالی که کمتر از 4 ماه از فرود مریخ نورد کنجکاوی در دهانه گیل مریخ می گذشت، اعلام شد.

ادامه کنجکاوی

در حقیقت ناسا قصد داشت از موفقیت کنجکاوی و فن آوری به کار رفته در طراحی آن برای ساخت مارس 2020 استفاده کند. به این ترتیب با نتایج و آموخته هایی که از مأموریت کنجکاوی به دست آمد، قابلیت های کلی مریخ نورد تازه گسترش داده شد تا بتواند نشانه هایی زیستی از حیات میکروبی در گذشته مریخ شناسایی کند. علاوه بر این که به جمع آوری و بسته بندی نمونه هایی از سطح مریخ نیز می پردازد تا در آینده توسط مأموریت های دیگر به زمین آورده شوند.

این تغییرات به همراه دیگر ابزارهای علمی قرار گرفته در پشتکار وزن آن را بیش از مریخ نورد پیشین نموده است به طوری که مجموع جرم آن را به 1025 کیلوگرم می رساند که سنگین تر از کنجکاوی با 899 کیلوگرم جرم است.

با توجه به اهداف کلی ماموریت و هم چنین مبانی آن که در ادامه مأموریت کنجکاوی است، این مریخ نورد یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ چند-مأموریتی را حمل می نماید که در حقیقت نسخه پشتیبان آن چیزی است که در کنجکاوی استفاده شده بود. این ژنراتور که Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator نام دارد به طور خلاصه MMRTG خوانده می گردد.

MMRTG به وسیله فروپاشی طبیعی پلوتونیوم-238 به میزان 110 وات انرژی و گرما در طول مأموریت پشتکار فراوری می نماید و بدین ترتیب می توان عمر عملیاتی 14 ساله را برای این مریخ نورد متصور بود.

استفاده از انرژی هسته ای به عملیات علمی اجازه می دهد که در هر فصلی از سال در مریخ انجام گردد. از جمله هنگامی که در این سیاره طوفان های شدید گرد و غبار رخ می دهد. این چیزی است که عمر عملیاتی مریخ نورد فرصت که تنها به صفحات خورشیدی برای تامین نیرو متکی بود، ثابت کرد.

پشتکار علاوه بر سوخت هسته ای، به دو باتری قابل شارژ لیتیوم-یون نیز مجهز است تا در هنگام شدت کار تحقیقاتی به فرایند عملیات یاری کند. پیش بینی می گردد در بعضی زمان ها احتیاج پژوهش هایی که توسط پشتکار انجام می گردد بیش از توان 110 وات هسته ای MMRTG باشد.

ابزارهای علمی پشتکار

به طور کلی مریخ نورد پشتکار هفت ابزار علمی را شامل می گردد:

1. مست کم-زد (Mastcam-Z)
2. آنالایزر پویای محیطی مریخ (MEDA)
3. آزمایش گر بهره برداری منابع در-موقعیت اکسیژن مریخ (MOXIE)
4. ابزارهای سیاره ای برای لیتوشیمی پرتو ایکس (PIXL)
5. آزمایش گر تصویربردار راداری زیرسطح مریخ (RIMFAX)
6. پایش محیط های قابل سکونت توسط طیف سنج رامان و بازتابی برای مواد آلی و معدنی (SHERLOC)
7. ابردوربین (SuperCam)

Mastcam-Z با استفاده از سیستم بینایی خود از جمله قابلیت زوم، فوکوس، تصویربرداری سه بعدی و ضبط فیلم با سرعت بالا، دیدن فاصله های دور را برای مریخ نورد پشتکار ناسا ممکن می نماید. به گفته ناسا سیستم بینایی مست کم می تواند به وضوح یک مگس را که به اندازه یک زمین فوتبال دورتر است ببیند.

آنالایزر پویای محیطی مریخ (MEDA) یک ایستگاه هواشناسی است که جهت، سرعت، دما و رطوبت محلی و میزان و اندازه ذرات گرد و غبار موجود در جو مریخ را آنالیز می نماید.

MEDA تازه ترین دستاورد تحقیقاتی در زمینه مریخ نورد، سطح نشین و مدارگرد است که الگوهای آب وهوایی مریخ را توصیف می نماید و مدل های دقیقی را در این زمینه توسعه می دهد. زیرا زیستگاه های انسانی آینده در مریخ به پیش بینی هواشناسی وابسته خواهد بود.

در همین زمینه، آزمایش گر بهره برداری منابع در-موقعیت اکسیژن مریخ (MOXIE) روش های فراوری اکسیژن از جو مریخ را برای احتیاجهایی که در زمینه پشتیبانی زیستی و پیشرانه های موشک در آینده خواهد بود را آزمایش می نماید.

در حالی که کربن دی اکسید (CO2) در مریخ فراوان است و 96٪ از جو این سیاره را تشکیل می دهد اما اکسیژن وجود ندارد و با غلظت 0.13٪ در جو، اکسیژن یک عنصر کمیاب در مریخ است و برای زیستگاه های آینده در مزیخ باید به دنبال راه هایی برای فراوری اکسیژن باشیم. یک نمونه زیستی برای استخراج اکسیژن از کربن دی اکسید، چیزی است که درختان و گیاهان گوناگون در سیاره زمین انجام می دهند. ماکسی (MOXIE) می کوشد این فرآیند زیستی را به صورت آزمایشگاهی تکرار کند با دریافت کربن دی اکسید از جو مریخ، اکسیژن فراوری نماید.

در همین حال، ابزار لیتوشیمی پرتو ایکس (PIXL) نخستین ابزاری خواهد بود که به طور خاص وظیفه پیدا کردن علائم زندگی میکروبی گذشته در مریخ را بر عهده دارد. این ابزار می تواند تغییرات خاص در بافت ها و مواد شیمیایی سنگ های مریخی را که بر اثر حیات میکروبی گذشته بر جای مانده شناسایی کند؛ حتی اگر این تغییرات بسیار کم باشد.

PIXL همچنین به دوربینی مجهز شده است که امکان تصویربرداری کاملاً دقیق از سنگ و خاک را با وضوح بالا فراهم می نماید و قادر به دیدن اشیاء به اندازه یک دانه نمک است.

بخش دیگری که در هماهنگی با PIXL کار می نماید شرلوک (SHERLOC) نام دارد. شرلوک از یک دوربین، یک طیف سنج و یک لیزر برای جست وجوی مواد معدنی و آلی که احتمال می رود توسط محیط آبی تغییر شکل یافته باشند، استفاده می نماید تا نشانه ای از حیات میکروبی در گذشته بیابد.

لوتر بیگل مسئول این ابزار علمی می گوید: سوال کلیدی این است که آیا مریخ تا کنون پذیرای زندگی بوده است؟ و اگر نبوده، چرا؟ تحقیقات SHERLOC باعث می گردد که فهمیدن تاریخچه مریخ شناسی پیشرفت نموده و پتانسیل بیولوژیکی گذشته آن معین گردد.

• پشتکار ناسا نمونه هایی از مریخ را به آن بازمی گرداند

به طور مشابه، SuperCam نیز به وسیله دوربین، لیزر و طیف سنج به دنبال حیات خواهد گشت و در عین حال بر ترکیب اتمی و شیمیایی سنگ ها و خاک هایی که با گذشت زمان توسط آب تغییر یافته اند نیز تمرکز می نماید.

RIMFAX، آزمایشگر تصویربردار راداری زیرسطح مریخ، از رادارهای قابل نفوذ به زمین استفاده می نماید تا ساختار داخلی مریخ را با جزئیات جدید نشان دهد. این اولین باری خواهد بود که مأموریت ناسا وسیله ای دارای رادار را به سطح مریخ منتقل می نماید. RIMFAX قادر به شناسایی آب ، آب نمک یا یخ تا عمق 10 متری است.

علاوه بر این، بازوی رباتیک مریخ نورد پشتکار که بیت کاراسول نام دارد به همراه قطعه ذخیره سازی انطباقی، به برداشتن، بسته بندس و رها کردن نمونه های سطح مریخ اقدام می نماید که دانشمندان آن را برای بازگشت به زمین در مأموریت های آینده ارزشمند توصیف می نمایند.

بالگرد مریخی

اما این ها تنها ابزارهایی نیست که روی مریخ نورد سوار شده و مورد استفاده قرار می گیرند و باعث اهمیت این مأموریت می گردد. ناسا یک بالگرد با نام نبوغ (Ingenuity) نیز با پشتکار همراه می نماید؛ نخستین بالگرد که به سیاره ای دیگری فرستاده می گردد.

این هلیکوپتر خورشیدی با وزن تنها 1.8 کیلوگرم، از دو جفت فیبر کربن، ملخ های پادگرد (دو ملخ با گردش خلاف جهت هم) با سرعت 2400 دور بر دقیقه تشکیل شده که به آن اجازه می دهد تا در هر روز مریخی 90 دقیقه پرواز انجام دهد.

• پرواز در آسمان مریخ با هلی کوپتر مارس 2020

نبوغ از دو دوربین برای تصویربرداری عوارض و جهتیابی استفاده می نماید. این هلیکوپتر به تنهایی که محموله علمی محسوب می گردد زیرا یکی از دو فناوری آزمایشگاهی است که با این ماموریت به مریخ می رود. آزمایشگاه دیگر MOXIE است که در بالا اشاره شد.

نبوغ توانایی انجام عملیات پرواز اتوماتیک را در جو مریخ می آزماید و به دانشمندان و برنامه ریزان ماموریت، داده های ارزشمندی درباره نحوه عملکرد هواگردهای ملخی در جو یک سیاره دیگر ارائه می دهد.

این فن آوری نه تنها برای هلیکوپترهای بالقوه آینده مریخ کاربردی است، بلکه می تواند همراه با مأموریت های مهم به طور بالقوه به فضانوردان آینده یاری کند تا نقاطی را که دسترسی سخت است، کشف نمایند. علاوه بر این برای مأموریت آینده DragonFly که برای ارسال یک آزمایشگاه علمی به اطراف ماه زحل، تایتان استفاده می گردد، کاربردی دارد تا در مناطق مختلف جو این ماه به پرواز درآید.

به این ترتیب می توان سه هدف اصلی را برای نبوغ درنظر گرفت:

1. پرواز مجهز در جو رقیق مریخ را نشان دهد
2. فن آوری مینیاتوری پرواز در سیاره دیگر را آزمایش کند
3. به طور اتوماتیک پرواز کند

نبوغ برای برقراری ارتباط مستقیم با پشتکار طراحی شده و هرگز بیش از 1 کیلومتر دورتر از مریخ نورد پرواز نخواهد نمود. سپس مریخ نورد ناسا داده های دریافتی از نبوغ را به ماهواره ای در مدار مریخ می فرستد تا ماهواره نیز آن ها را به زمین ارسال کند.

پرتاب و جهت به سمت مریخ

پس از بلند شدن از مجتمع پرواز فضایی 41 (SLC-41) موشک اطلس 5 یک مانور گردش حول محور و چرخش را انجام خواهد داد تا خود را در جهت صحیح قرار دهد و به سمت جنوب شرقی مرکز پرتاب فلوریدا روی اقیانوس اطلس برود و دقیقا از شمال باهاماس بگذرد.

با گذشت 90 ثانیه نخست، چهار موشک سوخت جامد Aerojet Rocketdyne تمام و چند ثانیه بعد از آن جدا می شوند تا موشک با موتور یکتای RD-180 به جهت خود ادامه دهد.

پس از جداشدن این شتابدهنده اطلس 5 و جدایش آن، تک موتور Centaur فرآیند قرارگیری پشتکار در مدار اولیه زمین را کامل می نماید تا در مدار پارکینگ 167*250 کیلومتر با شیب مداری 29.1 درجه قرار بگیرد.

45 دقیقه پس از پرتاب، Centaur دوباره روشن می گردد تا عملیات Trans Mars Injection را انجام دهد و پشتکار را راهی مریخ کند.

پس از تقریبا 8 دقیقه ای فعالیت شدید موتور، محموله و Centaur به مرحله بعدی برده می شوند و در فضای میان سیاره ای قرار می گرند تا در فوریه 2021 به مریخ برسند.

در هنگام حرکت در فضای میان سیاره ای به سوی مریخ، یک سپر فضایی از مجموعه محافظت می نماید و در این مدت نه تنها نیرو، داده و ارتباطات را تأمین می نماید، بلکه باید قابلیت اصلاح جهت را نیز برای تنظیم دقیق جهت کلی در مدت زمان هفت ماه داشته باشد.

با رسیدن به مریخ برای آنچه که به هفت دقیقه وحشت معروف است، مرحله سفر انتها می یابد و 10 دقیقه بعد، پشتکار -که در داخل سپر محافظ ایمن است- به سپر گرمای جو مریخ برخورد می نماید.

اصطکاک اتمسفری اولین کار را برای کاهش سرعت فضاپیما انجام می دهد . زیرا در لحظات اولیه ورود به جو با افزایش دما به 1300 درجه سلسیوس پیرامون آن پلاسما شکل می گیرد. هنگامی که از مرحله سپر پلاسما خارج شد، یک چتر ابرصوت، سرعت آن را کند خواهد نمود. سپس مجموعه از سپر خارج می گردد و چند ثانیه بعد به سطح مریخ می افتد.

در این مرحله سامانه ناوبری عوارض به سامانه اصلی فرود پشتکار (چیزی که در ماموریت کنجکاوی نیز استفاده شده بود) اضافه می گردد. این سیستم جدید از دوربینی رو به پایین که در زیر پشتکار نصب شده است استفاده می نماید و با پایین آمدن به سمت سطح مریخ به سرعت عکس می گیرد. این عکس ها بلافاصله در پایگاه داده کلی سیستم فرود ثبت و با تصاویر مداری ناحیه مورد نظر مقایسه می شوند. به این ترتیب برای نخستین بار خطراتی که در زمان فرود دیده نمی گردد با این سامانه تشخیص داده می گردد و کل مجموعه را از خطر دور می نماید تا در نقطه ای ایمن فرود بیاید.

سپس مجموعه ای از موتورهای ترمزی، سرعت مجموعه را کم می نمایند تا 20 متر بالاتر از سطح مریخ قرار بگیرد. در این مرحله یک قرقره جرثقیل فعال می گردد و پس از آن که پایه های مریخ نورد به خوبی باز و در جای خود پایدار شدند، آن را از مجموعه موتورهای ترمزی جدا و به سطح مریخ پایین می برد. سپس کابل قرقره جدا می گردد و مجموعه موشک های ترمزی به سمت دیگری با فاصله از مریخ نورد سقوط می نماید.

لازم به ذکر است کل فرآیند 6 دقیقه و 50 ثانیه ای ورود، کاهش ارتفاع و فرود، اتوماتیک است و هنگامی که شروع شد، اجازه خطا یا زمان تصحیح وجود ندارد.

فاصله بین زمین و مریخ باعث می گردد زمانی که در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL)، پیغام ورود با سپر محافظ به جو از مریخ نورد دریافت می گردد، پشتکار پیش از آن با موفقیت فرود آمده باشد یا با شکست در مأموریت، سقوط نموده باشد.

شروع کاوش در مریخ

زمان فرود ساعت 3:45 دقیقه بعد از ظهر به وقت محلی مریخ در تاریخ 18 فوریه 2021 (30 بهمن 1399) خواهد بود.

پس از فرود رایانه های مریخ نورد از فاز ورود، کاهش ارتفاع و فرود به حالت سطح، تغییر فاز می دهند و یک رشته فعالیت های اتوماتیک را شروع می نمایند و نخستین روز در مریخ را اعلام می نمایند که به طور رسمی به Sol 0 شناخته می گردد.

یک روز مریخی، 24 ساعت و 39 دقیقه و 35 ثانیه زمین طول می کشد و زمان رسمی شروع مآموریت خواهد بود. لازم به ذکر است ناسا مأموریت مریخ نورد پشتکار را برای حداقل یک سال مریخی (687 روز زمینی) برنامه ریزی است.

منبع: NASA, Nasa Space Flight, Space