Blog single photo

إذا نجحت ، فسيكون هذا أول صاروخ يطلق من المريخ - مجلة Air & Space

بعد حوالي عشر سنوات من الآن ، قد يصل المريخون أخيرًا إلى الأرض. إذا فعلوا ذلك ، فذلك لأننا جئنا بهم هنا.                                                                   تخطط ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية للقيام بمهمة جريئة لجمع عينات من الصخور والتربة من سطح الكوكب الأحمر ونقلها عبر 34 مليون ميل من العلماء الذين يمنحون الفضاء فرصة غير مسبوقة لدراسة ما الذي يصنعه المريخ والبحث فيه للحصول على أدلة على أن الكوكب تأوي الحياة مرة واحدة. لأن البعثات الماضية كشفت عن علامات على بحيرات المريخ ودلتا النهر ، يعتقد العلماء أنهم قد يجدون حفريات الكائنات المجهرية التي ازدهرت في تلك البحيرات والأنهار قبل أن يصبح الكوكب صحراء متجمدة هي عليه اليوم.      في يوليو (تموز) المقبل ، ستبدأ المهمة المكونة من ثلاثة أجزاء لإرجاع عينات من المريخ بإطلاق مركبة مارس 2020. بينما يستكشف الروفر وجمع التربة ، سيواصل مهندسو ناسا تطوير التكنولوجيا لمرحلتين أخريين من المهمة - إطلاق صاروخ يرفع العينات إلى مدار المريخ ، حيث سيتلاقى مع مركبة عودة منتظرة تنقل الشحنة الثمينة الى الارض. لكل خطوة من الخطوات في تلك العملية ، يواجه المهندسون في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا سلسلة من التحديات الرهيبة.      بالنسبة للمبتدئين ، لم يقم أي شخص بإطلاق صاروخ من سطح كوكب آخر. هذا سيناريو مختلف تمامًا عن السيناريو الذي جلب رواد فضاء أبولو إلى الوطن من القمر ، على بعد 238،900 ميل. على عكس مرحلة الصعود في وحدة أبولو القمرية ، سيتعين على مركبة صعود المريخ (MAV) أن تحرر نفسها من جاذبية الكوكب ، حتى لو كان الشد يمثل 38 في المائة فقط من الجاذبية السطحية للأرض. وقبل إطلاق مركبة الصعود إلى المنزل ، سيكون عليها تحمل مجموعة من العقوبات البدنية.      أولاً ، نظرًا لأن حمولة مركبة على متن مركبة هبوط متجهة إلى المريخ ، ستخضع مركبة النقل المؤتمتة (MAV) لركوب قاسي لإطلاق من الأرض ، تليها رحلة من ستة إلى تسعة أشهر عبر الفضاء السحيق ، والتي ستتوج بدخول ناري إلى الجو المحيط بالمريخ ، والانحدار الأسرع من الصوت ، والهبوط غير اللين. بعد ذلك ، ستجلس المركبة على السطح لمدة نصف عام على سطح المريخ (أي ما يعادل سنة كاملة على الأرض) ، معرضة للعواصف الترابية والأشعة فوق البنفسجية ودرجات حرارة منخفضة تصل إلى 40 درجة فهرنهايت.      هناك اختلاف مهم آخر عن مهام أبولو: لن يكون هناك بشر على متن المركبة الفضائية. ولأن الأمر قد يستغرق عدة دقائق حتى يصل ناقل الحركة إلى المريخ ، فحتى التجريب عن بُعد أمر غير وارد.      يقول باولو يونس ، مهندس في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا): "لا يمكننا التحكم في ذراع التحكم". "لا يمكننا التواصل معها ، وليس لدينا شخص على متنها ، لذلك يجب أن يكون تلقائيًا."                يقوم المهندسون في مختبر Jet Propulsion Laboratory بتركيب عجلات الميمونة من روفر مارس 2020 ، التي تزن أكثر من 2300 رطل. إذا سارت الأمور وفقًا للخطة الموضوعة ، سيتم إرسال رزمة "إحضار" ثانية لتحميل العينات التي تم جمعها خلال مهمة 2020 على مركبة صعود إلى المريخ.            (ناسا / JPL-Caltech)       في 18 شباط (فبراير) 2021 ، ستتجول عربة التجوال Mars 2020 في Jezero Crater بعرض 30 ميلًا (يتم نطقها باسم EHYEH-zuh-roh�) ، حيث ستجمع العينات وتخزينها مؤقتًا في أنابيب محكمة الغلق لاستعادتها لاحقًا. قضت ناسا خمس سنوات في التداول حول موقع الهبوط قبل أن يستقر في جزيرة Jezero. يعتقد العلماء أنه بين 4.1 و 3.5 مليار سنة ، كانت الحفرة مملوءة ببحيرة ، بعمق 820 قدم. ربما أكثر إثارة هي علامات دلتا النهر. تعتبر الدلتا جيدة في الحفاظ على التواقيع الحيوية ، أو دليل على الحياة التي قد تكون موجودة في مياه البحيرة ، أو في الواجهة بين الرواسب ومياه البحيرة ، أو ربما الأشياء التي تعيش في منطقة منابع المياه التي اجتاحتها قال عالم مشروع مارس 2020 ، كين فارلي ، عندما أعلن عن موقع الهبوط في نوفمبر الماضي ، أن النهر ورسب في الدلتا. سوف يجمع المسبار عينات من خمسة أنواع مختلفة على الأقل من الصخور ، بما في ذلك الطين والكربونات ، والتي لديها إمكانات عالية للحفاظ على مؤشرات الحياة القديمة ، سواء في شكل جزيئات عضوية معقدة أو حفريات الميكروبات. سوف يساعد البحث عن العينات مجموعة من الأدوات ، بما في ذلك SHERLOC (مسح البيئات الصالحة للمسكن مع رامان والتألق للمواد العضوية والكيماويات) ، والتي تستخدم مطياف ، ليزر فوق بنفسجي ، وكاميرا للكشف عن المركبات العضوية. لكن ، كما يقول العلماء ، لن تكون هذه المعدات بديلاً عن الأدوات الأكثر تطوراً على الأرض - خاصةً عندما تواجه مهمة صعبة تتمثل في التمييز بين علامات الحياة والنشاط الكيميائي الذي قد يحاكي العمليات العضوية. يقول تشارلز إدواردز ، مدير JPL لمديرية استكشاف المريخ: "من أجل تحقيق قفزة كبيرة في فهم كوكب المريخ كنظام ، نريد الحصول على عينات هنا". "من خلال إعادة هذه العينات إلى الأرض ، يمكنك حقًا إطلاق العنان لقوة جميع المختبرات الأرضية والإجابة على بعض الأسئلة التي نريد الإجابة عنها حول الحياة على المريخ - أين نتحدث عن الحياة المنقرضة أو عن الحياة البعيدة." توحدت وكالة الفضاء والطيران الأمريكية (ناسا) مع وكالة الفضاء الأوروبية للتخطيط للبعثات اللاحقة - التي لم يتم تحديد موعدها بعد - والتي ستكمل في نهاية الأمر نموذج المريخ. بعد مارس 2020 ، تتمثل الخطوة التالية في إرسال مركبة هبوط أخرى إلى Jezero Crater تحمل "مركبة إحضار" ومركبة صعود المريخ. سوف يجلب المسبار الأنابيب المحتوية على عينات من الصخور والتربة المخبأة في المريخ 2020 ، ثم يحمّلها في حاوية الحمولة الصافية لـ MAV ، وهي أسطوانة سعة 17 رطلاً تقريبًا بحجم كرة الطائرة. بعد ذلك ، سيتم رفع MAV ، من المحتمل أن تكون مستقلة ، من وضع الإطلاق الأفقي إلى وضع الإطلاق المستقيم ، وستنتقل إلى نقطة التقاء مع الجزء الثالث من المهمة: مدار حول الأرض. المطالب التي يتم وضعها على تصميم MAV تجعله الجزء الأكثر خطورة من المهمة. تقول آشلي كارب ، مديرة الدفع ونائبة مدير مركبة الصعود في مختبر الدفع النفاث ، إن تطوير نظام الدفع للصاروخ هو أصعب تحد هندسي عملت عليه خلال سنواتها السبعة في منشأة ناسا. يقول كارب: "نحتاج إلى أن نندرج ضمن نظام الدخول والنسب والهبوط لتوصيلنا إلى المريخ ، ومن ثم لنكون قادرين على إطلاق العينات وتسليمها إلى نظام آخر أيضًا". � حتى هناك واجهات متعددة في اللعب سيحتاج نظام الدفع إلى وقود يمكنه تحمل درجات الحرارة القصوى للمريخ مع تلبية متطلبات الحجم والوزن التي ستسمح لـ MAV بتثبيتها داخل مركبة الهبوط على سطح المريخ: لا يمكن أن يكون أثقل من حوالي 880 رطل وليس أطول من حوالي 10 أقدام . على مدار العقدين الماضيين ، قام مهندسو ناسا باللعب بتصميمات دفع متعددة MAV ، وقد ركزوا الآن على اثنين من الاحتمالات: محرك صاروخي هجين أحادي المرحلة ومحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب على مرحلتين. يقول كارب إن الميزة الأساسية لصواريخ الوقود الصلب هي أن التكنولوجيا مفهومة جيدًا. في الواقع ، لقد تم استخدامها بالفعل في مهمات سابقة - مثل باثفايندر وروح وفرصة - على الأرض على المريخ. محركات الوقود الصلب أقل تعقيدًا من المحركات التي تستخدم الوقود السائل ، والتي تتطلب نظام تغذية وكذلك نظام ضغط أو مضخات. وبما أن الوقود الصلب أقل تآكلًا وأكثر استقرارًا من الوقود السائل ، فيمكن تخزينه بسهولة لفترات طويلة. الصواريخ المهجنة - التي تخزن المؤكسد كسائل أو غاز ، والوقود كمادة صلبة - مشكلة أكثر صعوبة في حلها. كان المهندسون يرتبون التصاميم منذ عام 1933 ، عندما أطلق الاتحاد السوفيتي صاروخًا يجمع بين الأكسجين السائل وشكل صلب من البنزين. ولكن على عكس الصواريخ الصلبة ، حيث يتم الجمع بين المؤكسد والوقود بالفعل في دافع واحد ، من الصعب تحقيق قوة دفع عالية بأمان مع الصواريخ الهجينة ، لأن مكون الوقود الصلب لا يحترق بسرعة كافية عندما يتم رش المؤكسد السائل على حدة أثناء الرحلة. ومع ذلك ، على الرغم من كونها التكنولوجيا الأقل تطوراً ، تعتقد ناسا أن المزايا المحتملة لصاروخ هجين لمهمة المريخ كثيرة للغاية ولا يمكن تجاهلها. بمجرد إشعال صاروخ يعمل بالوقود الصلب ، يجب أن يبقى مضيئًا. يوفر الهجين مزيدًا من الخيارات للمناورات نظرًا لأنه يمكن اختناقها وإغلاقها وإعادة إشعالها أثناء الطيران. ناسا متفائلة بشأن الهجين بسبب الوقود الجديد مع ارتفاع معدل الاحتراق. إنه بارافين يسمى SP7 ، مادة صلبة شمعية مصنوعة من مزيج من الهيدروكربونات المشبعة. يطلق على المؤكسد مؤكسد سائل MON25�a يحتوي على أكاسيد مختلطة من النيتروجين بنسبة 25 في المائة. تكمن مشكلة دافع الوقود الصلب التقليدي في أن درجات الحرارة القصوى على سطح المريخ قد تسبب له التصدع وربما تنفجر عند الاشتعال. على هذا النحو ، إذا اختارت ناسا محركًا صاروخيًا يعمل بالوقود الصلب ، فستحتاج المركبة إلى تكريس قوة حاسمة للحفاظ على درجة حرارة المحرك MAV. على النقيض من ذلك ، يمكن أن تظل حزمة SP7 الشمعية المستخدمة في محرك الصواريخ الهجين سليمة من الناحية الهيكلية عندما تتعرض لتغيرات واسعة في درجة الحرارة ويكون المؤكسد MON25 لديه نقطة تجمد تبلغ 67 درجة فهرنهايت ، والتي توفر أيضًا هامشًا كبيرًا لنطاق درجات الحرارة المتوقعة في Jezero Crater بين الوقت الذي تهبط فيه المركبة MAV على سطح المريخ وتلتقط بعد سنة كاملة من الأرض. في أواخر أبريل ، مر الصاروخ الهجين عتبة حاسمة: اشتعال ناجح عند درجة فهرنهايت بأربع درجات. يقول كارب: "كانت أول مظاهرة نجحت فيها بالفعل". في أواخر يوليو ، تم إجراء اختبارين آخرين. أول اختبار نظام الاشتعال السريع للصاروخ لحرق الثانية وكذلك فوهة صاروخ جديدة ، والثاني اختبار صيغة SP7 القرص.                ستكون لعبة صيد كبيرة عندما تلتقط لعبة Earth Return Orbiter (انطباع الفنان) حاوية بحجم 17 رطلاً من الكرة الطائرة من تربة غريبة ، تزحف عبر الفضاء بين 185 و 250 ميلًا فوق المريخ.            (ESA / ATG Medialab)       أيًا كان اختيار تصميم MAV ، فسيتطلب ذلك تقنيات التوجيه والتنقل والتحكم المستقلة ذاتياً لتحقيق مدار المريخ المناسب حتى يتمكن المدار الأرضي المرجعي من العثور عليه. بالنسبة لإيفان أنزالون ، مهندس التوجيه والملاحة في مركز مارشال لرحلات الفضاء ، فإن أصعب تحدٍ هو تحديد الظروف الأولية قبل الإطلاق - على وجه التحديد حيث يكون MAV على سطح الأرض بالنسبة إلى مداره المستهدف ، وبالضبط الطريقة التي يشير إليها (موقفها). يتم تحديد موقف الصاروخ ليس فقط من خلال الاتجاه الذي يشير إليه مخروط أنفه ولكن أيضًا بواسطة معدل دوران الكوكب وبيئة الجاذبية المحلية. يقول أنزالون: "كلما كان من الممكن قياس تلك الأشياء ، كان من الأفضل لنا معرفة ماهية موقفنا الأولي". problem يمكن حل المشكلة ، وقمنا بذلك مع المركبات الكبيرة. ولكن عندما تصل إلى هذا الحجم الأصغر ، يتعين عليك القيام بكل هذا بشكل مستقل ، مع تأخير طويل لأي نوع من الأوامر والخروج. يدرس أنزالون وزملاؤه مقاربتين في التوجيه والتحكم والملاحة. واحد يسمى "حلقة فتح التوجيه" ، حيث يتم برمجة مسبقا الصاروخ أساسا للطيران مسار معين. "أنت فقط تعطي الأوامر لمشغلاتك وتذهب ،" يقول أنزالون. إنها طريقة بسيطة نسبيًا لإطلاق صاروخ ، ولكنها تنطوي على مخاطر. على سبيل المثال ، إذا هبطت مركبة الهبوط المريخ التي تحمل MAV في Jezero Crater بحيث يكون موقف الصاروخ من درجة واحدة فقط ، سيتم إطلاق نظام توجيه حلقة مفتوحة مع هذا الخطأ الأولي ولن يصل MAV إلى مداره المستهدف. على النقيض من ذلك ، فإن الخيار الآخر هو "توجيه حلقة مغلقة" ، وهو نظام أكثر تعقيدًا. من خلال هذا النهج ، يراقب الصاروخ موقعه وتوجهه وسرعته أثناء الطيران ويضبط المكان الذي يشير فيه فوهة إلى قرص المسار. بمجرد أن يصل MAV إلى مداره المعين ، يجب أن يطلق الكبسولة التي تحتوي على العينات. سوف يزحف عليها مدار مدار الأرض ، المحاذى في نفس المدار ، بمعدل إغلاق يبلغ حوالي بوصتين في الثانية. يقول باولو يونس ، المهندس JPL الذي يعمل على تطوير نظام الالتقاط والاحتواء ، إنه من المحتمل أن تكون حاوية العينة خفيفة في اللون ، مع وجود رموز تشبه رموز QR. تتيح هذه الميزات للكاميرات الموجودة على متن المركبة الفضائية العثور على هدفها بسهولة أكبر. حتى فصل حوالي 328 قدمًا ، سيكون بإمكان مراقبي الطيران مراقبة النهج وربما إجراء تصحيحات للدورة قبل موعد الاجتماع. يقول جيفري أوملاند ، كبير المهندسين الميكانيكيين لمهمة InSight الحالية لشركة ناسا إلى المريخ والمتعاون في نظام الالتقاط والاحتواء ، بعد ذلك ، ومع ذلك ، كل شيء على متن [و] سوف تطير المركبة الفضائية بنفسها. يقول يونس: "لدينا هذا الشيء الثمين للغاية ، ولديه بعض القصور الذاتي". "إنه يتحرك ويدور بسرعة بطيئة ، ويتمثل التحدي في التقاط هذا الشيء الآن ، بشكل روبوتي ، في المدار ، وإحضاره إلى نظامنا ، وتعبئته في حاوية حتى نتمكن من إحضارها وإحضارها يعود إلى الأرض. لم نقم بأي شيء معقد بينما تعمل وكالة الفضاء الأوروبية على تطوير Earth Return Orbiter ، فإن المهندسين في JPL يقومون بتصميم نظام الالتقاط والاحتواء على متن تلك المركبة الفضائية. في الجزء الأمامي من هذا النظام سيكون هناك مخروط التقاط ، مع مجموعة من أجهزة الاستشعار التي من شأنها أن تكتشف عندما تكون الحاوية بالكامل في الداخل والتي تشير إلى أن الغطاء سوف يغلق بسرعة (في غضون ثانيتين) على الجزء العلوي من المخروط قبل أن تحتوي الحاوية فرصة لضرب الجزء الخلفي من المخروط وترتد مرة أخرى إلى الفضاء. يقول أوملاند: "أعتقد أنه أكثر أو أقل من فخ الفأر ، لكننا نطير إلى الماوس". داخل المخروط ، ستقوم ذراع ميكانيكية مثبتة على مجداف بالتأرجح فوق الحاوية ودفعها لأسفل باتجاه الجزء الخلفي من مخروط الالتقاط وفي وعاء الاحتواء. وهناك جهاز آخر ، ربما يكون نوعًا من آلية المساحات ، يكتسح الوعاء لتوجيهه بحيث يتم تخزين أنابيب العينات في الجانب الأيمن لأعلى بالنسبة للدرع الحراري للمركبة الفضائية. يعتقد مخططو البعثة أن الأختام المحكم على الأنابيب سيكون لها أفضل فرصة للبقاء على قيد الحياة إذا واجهوا بعيدًا عن اتجاه السفر أثناء إعادة الدخول والوصول إلى الأرض - ربما في نطاق الهبوط في صحراء يوتا. ليست هذه هي الطريقة التي يتخيل بها مؤلفو الخيال العلمي تقليديا وصول المريخ على الأرض. لكن إذا نجحت ، فقد نحصل أخيرًا على دليل على وجود حياة في عالم آخر.                       اقرأ أكثر



footer
Top