مهروماه

لمس سطح سیاره سرخ یکی از دشوارترین چالش های مهندسی است که تاکنون انجام شده است .

هنگامی که ناوکار InSight ناسا سطح مریخ را لمس کرد ، از یک لرزه سنج برای اندازه گیری "Marsquakes" استفاده می کند و یک کاوشگر گرما خود چکش پنج متر زیر سطح را برای بررسی گرمای داخلی سیاره فرو می برد. (NASA / JPL-Caltech)

InSight در حال فرود برای فرود در مریخ است. فضاپیما با استفاده از روشی امتحان شده و درست ، رویکرد و فرود خود را انجام خواهد داد ، اما حتی اگر ناسا قبلاً این شیرین کاری را کشیده باشد ، ده ها مورد باید دقیقاً در هنگام ورود ، نزول و فرود (EDL) درست انجام شوند تا InSight به سلامت به محل برسد. سطح سیاره سرخ.

ساعت 2:47 بعد از ظهر EST روز دوشنبه ، 26 نوامبر ، ناو هواپیمابر InSight به بالای جو مریخ ، حدود 125 کیلومتر (70 مایل) بالاتر از سطح ، با سرعت 5.5 کیلومتر در ثانیه (12000 مایل در ساعت) برخورد می کند. سپر حرارتی سیلیس فرسایشی صنایع دستی تا دمای بیش از 1500 درجه سانتیگراد افزایش می یابد - به اندازه کافی گرم و ذوب فولاد. حدود سه و نیم دقیقه پس از ورود اتمسفر ، فضاپیما همچنان با سرعت مافوق صوت به سمت زمین پرتاب خواهد کرد. یک چتر مستقر می شود تا آنجا که ممکن است کاهش یابد ، سپر حرارتی جتیسون می شود و فضاپیما با یک رادار شروع به جستجوی زمین می کند. حدود شش دقیقه پس از برخورد با جو ، ناو از پوسته پشتی خود جدا می شود - که هنوز در حدود 180 مایل در ساعت در حال حرکت است - و موشک های یکپارچه خود را شلیک می کند تا بقیه مسیر را به خانه برساند ، تقریباً یک دقیقه بعد به پایین لمس می کند.

اگر همه چیز درست پیش برود - در حالی که مهندسان هنگام "هفت دقیقه رعب و وحشت" بر صفحه های کنترل نظارت می کنند ، اما قادر به هدایت صنایع دستی در زمان واقعی نیستند ، InSight دوشنبه بعد از شکرگذاری در Elysium Planitia استراحت می کند و آماده می شود تا مطالعات زمین لرزه و گرمای داخلی مریخ. ناسا می تواند از این حقیقت راحت باشد که چنین فرودهایی در گذشته موفقیت آمیز بوده است ، اما هنگامی که شما سعی دارید یک کشتی را میلیونها مایل دور کنید ، آماده شدن برای هر احتمالی غیرممکن است.

(امیلی لاکداوالا برای انجمن سیاره ای)

هر زمان که فرود مریخ نزدیک می شود ، طرفداران فضا تعداد بسیار زیادی از آمار را بدست می آورند. قبل از فرود کنجکاوی ، "بیش از نیمی از مأموریت های مریخ شکست خورده اند." قبل از راه اندازی ExoMars در اروپا ، "بیشتر مأموریت ها شکست خورده اند: 28 فلاپ در مقایسه با 19 موفقیت." پس از موفقیت مدارگرد ExoMars ، اما ناو هواپیمابر آن ((حداقل نه به طور کامل)) موفق نشد: مأموریت های مریخ نوردی که به مریخ راه اندازی شده اند ، تنها هفت موفق بوده اند. "

این آمار چشمگیر است ، اما داستانی که آنها می گویند کمی قدیمی است. در اواخر قرن بیستم ، شکستهای چشمگیری وجود داشت - مریخ 96 ، مریخ ناظر ، مدار آب و هوای مریخ و ضررهای مریخ قطبی لندر همچنان سوزش دارند. اما در حالی که روسیه هرگز به موفقیت کامل در مریخ نرسیده است ، ناسا ، آژانس فضایی اروپا (ESA) و سازمان تحقیقات فضایی هند (ISRO) از زمان Y2K تاکنون تقریباً در مدارهای مریخ را میخ زده اند. چین ، هند و ژاپن دومین مأموریت خود را به مقصد مریخ در دست اجرا دارند و امارات متحده عربی در حال برنامه ریزی برای اولین بار است ، و نه از جاه طلبی های چندین نهاد خصوصی.

قرار دادن مدار مریخ در قرن بیست و یکم نسبتاً عادی شده است ، اما فرود مریخ هنوز هم از سخت ترین ماموریت های اعماق فضا است که تاکنون انجام شده است. دو مدارگرد موفق ESA هر دو شامل لندرهای کوچکی بودند که پس از لمس هرگز از آنها خبری نبود ، هرچند کاوشگر اسکیاپارلی ExoMars داده ها را تقریباً به سطح زمین برگرداند.

سه چیز فرود مریخ را بسیار دشوارتر از فرود ماه - یا زمین است. اولاً ، برخلاف ماه ، مریخ برای هر انسانی که به زمین متصل شده باشد بسیار دور است تا بتواند در هنگام تلاش برای فرود در یک حلقه قرار گیرد. مدت زمانی که سیگنال از مریخ به زمین و عقب می برد هرگز کمتر از 9 دقیقه نیست و معمولاً بسیار بیشتر است ، بنابراین تا زمانی که می توانیم سیگنالی را شنیده و به آن سیگنال برخورد کنیم که فضاپیمای ما به بالای جو برخورد کرده است ، نتیجه نهایی ، به هر ترتیب یا دیگری ، قبلاً اتفاق افتاده است.

مشکل دوم جو مریخ است. هم زیاد است و هم کم. در زمین ، وقتی فضانوردان و کپسول های نمونه از فضا برمی گردند ، می توانیم از فضاپیماها در پشت سپرهای حرارتی محافظت کنیم و از اصطکاک ورودی اتمسفر برای کاهش سرعت شناورهای مافوق صوت به سرعت های زیر صوت استفاده کنیم. پس از پایان بخش شعله ور ، ما می توانیم به راحتی یک چتر را بیرون بیاوریم تا سرعت را کاهش دهیم و به یک برخورد ملایم (یا حداقل برای زنده ماندن) در زمین یا آب برسیم.

جو مریخ به اندازه کافی ضخیم است که می تواند یک ورودی آتشین ایجاد کند و به یک محافظ حرارتی نیاز دارد ، اما برای چتر نجات خیلی کم است که بتواند یک فضاپیمای ورودی را با سرعت فرود امن کند کند. وقتی کنجکاوی در سال 2012 به بالای جو مریخ رسید ، با سرعت 5.8 کیلومتر در ثانیه (13000 مایل در ساعت) در حرکت بود. هنگامی که سپر حرارتی تمام تلاش خود را انجام داد ، فضاپیما همچنان با سرعت 400 متر بر ثانیه (895 مایل در ساعت) به سمت زمین می زد. چتر نجاری کنجکاوی می تواند سرعت آن را کاهش دهد ، اما سرعت آن 80 متر بر ثانیه بود (179 مایل در ساعت). برخورد با آن سرعت در زمین حتی برای یک روبات نیز قابل دوام نیست.

در دنیای بدون هوا مانند ماه ، محافظ حرارتی لازم نیست و چترها به درد شما نمی خورند. اما نترس ، ما از دهه 1960 فناوری فرودهای ماه را در اختیار داریم: موشک هایی را برداشته و به سمت پایین هدایت کنیم و سرعت کاردستی را لغو کنیم.

جو هر چند اوضاع را کمی در مریخ پیچیده می کند. با داشتن هوای متحرک به عنوان یک عامل اضافی ، بادهای غیر قابل پیش بینی می توانند سرعت افقی به همان اندازه غیرقابل پیش بینی را به یک فضاپیمای نزولی اضافه کنند. به همین دلیل ، مناطق فرود در مریخ باید دارای شیب منطقه ای کم باشند. بادهای افقی زیاد به همراه شیب های زیاد می توانند لندر را بسیار دورتر از حد انتظار یا نزدیكتر از زمین قرار دهند - و هر یك از دو وضعیت می تواند فاجعه را نشان دهد.

تصویری از کاوشگر InSight ناسا که قصد دارد در سطح مریخ فرود آید. (NASA / JPL-Caltech)

بنابراین یک ناو مریخ برای رسیدن به سطح زمین به سه فناوری احتیاج دارد: سپر حرارتی ، چتر نجات قابل استفاده شخصی و تهویه های عقب. مأموریت های وایکینگ ها به مریخ در اواسط دهه 1970 که توسط چترهای پرتاب آزمایشی بر روی موشک های زیر بدن تهیه شده بود ، تأیید می کند که آنها می توانند بدون خرد شدن با سرعت های بالاتر از صدا ، باد شوند. تمام فرودهای موفق مریخ از آن زمان (همه آنها ناسا) به چترهایی با میراث وایکینگ اعتماد کرده اند. اخیراً ، ناسا در تلاش جدیدی برای توسعه فن آوری های کاهش سرعت کار کرده است که می تواند فضاپیماهای سنگین تری از کاوشگرهای وایکینگ را به زمین بنشیند - تلاشی که در ابتدا ، موفقیت آمیز نبود و منجر به چترهای فاجعه بار خرد شده شد. (آزمایشات اخیر بهتر انجام شده است.)

با در نظر گرفتن همه اینها ، چه می دانیم که چه اشتباهی در لندرهای مریخ اخیراً ناکام رخ داده است؟ برای دو نفر از آنها - Mars Polar Lander و Beagle 2 - ما فقط می توانیم حدس بزنیم. فضاپیما هنگام پایین آمدن توانایی انتقال داده های تله متری در زمان واقعی را نداشت. شکست Mars Polar Lander یک درس مهم به ناسا آموخت: اگر بخواهیم از شکست های خود چیزی یاد بگیریم ، باید تا آنجا که می توانیم داده ها را به همان اندازه که می توانیم جمع کنیم. از زمان سقوط لاندر قطبی مریخ در اواخر سال 1999 به سطح زمین ، هر فرودگر مریخ به جز ESA’s Beagle 2 داده هایی را به مدارگرد منتقل کرده که سیگنال های رادیویی خام را برای تجزیه و تحلیل آینده در صورت خرابی ضبط می کند.

این روزها ، مدارگردهای زیادی در مریخ وجود دارد ، بنابراین ما می توانیم حتی از این هم بهتر عمل کنیم. همیشه یک مدارگرد در حال گوش دادن و ضبط آخرین بیت های سیگنال رادیویی از یک فرودگر است ، فقط در صورت بروز یک فاجعه. و معمولاً یک مدارگرد ثانویه وجود دارد که فقط به سیگنال گوش نمی دهد ، بلکه آن را رمزگشایی می کند و اطلاعات را به همان سرعتی که حرکت آهسته نور امکان پذیر می کند ، به زمین منتقل می کند. این انتقال داده "لوله خم شده" به ما تصویری از زمان واقعی فرود آمدن مریخ را که دارای آدرنالین است ، می دهد.

نقشه ای از مریخ ، مکان های هفت فرود موفقیت آمیز ناسا به همراه محل فرود InSight در منطقه مسطح Elysium Planitia را نشان می دهد. (ناسا)

وقتی InSight فرود بیاید ، در صورت عدم موفقیت در تلاش برای شناسایی تله متری برای تشریح در آینده ، به دست مدارگرد شناسایی مریخ می افتد. با این حال ، برای بدست آوردن اطلاعات در زمان واقعی از فرود ، InSight دو همراه کوچک فضایی را به همراه آورده است: MarCO CubeSats که طول هر کدام تقریباً 3 فوت است. فضاپیماهای Mars Cube One اولین CubeSats بین سیاره ای هستند. اگر این صنعت موفق شود ، جهان گزارش های خود را در زمان واقعی فرود در InSight دریافت می کند و ربات های کوچک فضایی راه را برای سفرهای آینده ، کوچک و ارزان به مریخ هموار می کنند.

اما در حال حاضر ، همه نگاه ها به اینسایت معطوف است. ناسا هفت بار با موفقیت روی مریخ فرود آمده است و قبل از پایان ماه ، آژانس فضایی سعی می کند هشت باره آن را بسازد.