بلندپروازی نبوغ در آسمـان مریـخ - وبلاگ فیروزآباد

به گزارش وبلاگ فیروزآباد، پرواز پیروز هواپیمای برادران رایت در آذر 1282/ دسامبر 1903 آرزوی دیرینه بشر برای پرواز را به واقعیت تبدیل کرد.

باگذشت بیش از یک قرن از آن رویداد تاریخی، پرواز هواپیماها و بالگردها در آسمان زمین کاملا عادی شده است و روزانه هزاران سفر هوایی انجام می گردد اما گویا تسخیر آسمان زمین برای ماجراجویی و کنجکاوی بشر را قانع نمی نماید و او چشم به پرواز در آسمان دیگر دنیاها دارد.

این روزها بالگردی کوچک به نام اینجینویتی (Ingenuity به معنی نبوغ) که به همراه مریخ نورد پرسویرنس (Perseverance به معنی استقامت) به سیاره سرخ در منظومه شمسی سفر نموده با پرواز در آسمان مریخ نخستین فاتح آسمان در دنیایی فرازمینی لقب می گیرد؛ بالگردی که تکه ای کوچک از پارچه بال هواپیمای برادران رایت را به نشان نخستین پرواز به همراه دارد. قرار بود نخستین پرواز اینجینویتی در یکشنبه 22 فروردین/ 11 آوریل انجام گردد اما به دلیل بروز یک اشکال فنی در نرم افزار کنترل، پرواز بالگرد به تعویق افتاد.

آخرین خبر در زمان آماده سازی این مقاله این است که شاید دوشنبه 30 فروردین این بالگرد پرواز کند و بنابراین محتمل است اکنون که شما این مقاله را می خوانید، پرواز اینجینویتی صورت گرفته باشد. باید بدانیم ماموریت اینجینویتی یک ماموریت آزمایش فناوری است که می خواهد امکان پرواز بالگرد در آسمان مریخ را آنالیز کند و به هر حال امکان شکست آن وجود دارد. اما با وجود همه خطراتی که احتمال شکست در انجام این ماموریت را بالا می برد، اگر آزمایش اینجینویتی پیروز آمیز باشد راه نوینی در جهت کاوش های سیاره سرخ خواهد گگردد.

سیاره مریخ به دلیل شباهت هایی که به زمین دارد در کاوش های فضایی بسیار مورد توجه بوده و هست. طی دهه های گذشته ناوگانی از مدارگردها، سطح نشین ها و مریخ نوردها برای آنالیز این سیاره اعزام شده اند. هرکدام از این نوع کاوشگرها محدودیت های خودشان را دارند. مدارگردها فقط می توانند از فواصل دور تصویرهایی از سطح تهیه نمایند. سطح نشین ها در جای خود ثابت هستند و نمی توانند محلی غیر از موضع فرود خودشان را آنالیز نمایند. در این میان مریخ نوردها می توانند ضمن آنالیز سطح از نزدیک به گشت زنی بپردازند و کیلومترها از محل اولیه فرودشان دور شوند.

اما مریخ نوردها هم محدودیت بسیاری دارند. خاک سطح مریخ شنی است و امکان گیرکردن مریخ نوردها در آن وجود دارد. این اتفاقی است که برای مریخ نورد اسپیریت (Spirit) افتاد و باعث شد در مدت پایانی ماموریت خود قادر به حرکت نباشد. همین طور مریخ نورد آپورچونیتی (Opportunity) هم در شن مریخ گیر کرد و پس از کلی کوشش و صرف وقت توانستند آن را رها نمایند؛ به همین دلیل سرعت حرکت مریخ نوردها برای رعایت احتیاط و سنجیدن دقیق محیط اطراف خیلی کند است. خاک بعضی مناطق هم به گونه ای است که به هیچ وجه امکان حرکت مریخ نوردها در آن وجود ندارد؛ به علاوه مریخ نوردها از شیب های تند هم نمی توانند بالا بفرایند. پس عملا امکان آنالیز بسیاری از قسمت های مریخ با سطح نوردها وجود ندارد. حالا اگر کاوشگری پرنده داشته باشیم که بتواند از نقطه ای به نقطه دیگر در آسمان مریخ پرواز کند بسیاری از این مسائل حل خواهد شد. اما پرواز در آسمان مریخ بسیار چالش برانگیز است.

چالش های پرواز در آسمان مریخ

جو سیاره مریخ 90 برابر رقیق تر از جو زمین است و همین پرواز را در آسمان سیاره مریخ بسیار مشکل می نماید. غلظت جو مریخ در سطح سیاره برابر غلظت جو زمین در ارتفاع 30 کیلومتری است! در شرایطی که بدانیم بالگردها روی زمین حداکثر تا ارتفاع 12 کیلومتری پرواز نموده اند و نه بیشتر، آن وقت متوجه می شویم طراحی بالگردی که بتواند در جو بسیار رقیق مریخ پرواز کند چقدر چالش برانگیز است. چنین بالگردی باید تا حد ممکن سبک ساخته گردد و موتورهایش نیز هرچه نیرومندتر طراحی گردد. سرعت چرخش پره های این بالگرد نیز باید بسیار زیاد و حدود 10 برابر سرعت چرخش پره بالگردها روی زمین باشد.

علاوه بر چالش پرواز در جو بسیار رقیق مریخ، سرمای طاقت فرسای شب های مریخ هم برای بالگرد کوچک اینجینویتی که انرژی محدودی دارد و با اندازه کوچکش نمی تواند عایق های حرارتی مفصلی داشته باشد چالش برانگیز بوده است. دما در شب های مریخ به منفی 90 درجه سانتی گراد می رسد که می تواند به سادگی باعث یخ زدگی و ترک خوردن قطعات و مدارهای الکترونیکی بالگرد گردد. طراحی گرمکن های مناسب و عایق های حرارتی کارآمد برای اینجینویتی از چالش های مهم ماموریتش بوده است.

گامی کوچک برای رسیدن به پیروزیت های عظیم

شاید در نگاه نخست، ارتفاع پرواز کمتر از پنج متری و زمان بسیار کوتاه 90 ثانیه ای پرواز آزمایشی بالگرد اینجینویتی برایمان ناامیدنماینده به نظر برسد اما باید بدانیم نخستین پرواز هواپیمای برادران رایت نیز فقط 12 ثانیه طول کشید و این هواپیما فقط 37 متر ارتفاع گرفت. از آن پرواز بسیار کوتاه، امروزه به جایی رسیده ایم که هواپیماها با پرواز بر فراز اقیانوس های پهناور زمین، سفر به هر نقطه ای را ممکن نموده اند. مثال دیگر فرایند تکاملی مریخ نوردهاست. نخستین مریخ نورد که سوجورنر نام داشت فقط 100 متر روی سطح مریخ حرکت کرد و برای ارتباط با مرکز کنترل در زمین به سطح نشین مادرش وابسته بود و ابزارهای کاوشی خاصی نداشت. اما پس از پیروزیت سوجورنر، ناسا در گام بعدی مریخ نوردهای پیشرفته دوقلوی اسپیریت و آپورچونیتی را به مریخ فرستاد که توانمندی های کاوشی بسیاری داشتند و درمجموع بیش از 52کیلومتر بر سطح مریخ جابه جا شدند. مریخ نورد کیوریاسیتی نیز که در حال حاضر روی مریخ فعال است تا به امروز بیش از 20کیلومتر را پیموده است. بر اساس همین فرایند می توان انتظار داشت در صورت پیروزیت آزمایش بالگرد اینجینویتی، در ماموریت های بعدی، بالگردهای مستقل و بسیار پیشرفته تری به مقصد دورتر در سیاره سرخ اعزام گردد.

ساختار بالگرد نبوغ در یک نگاه

بالگرد اینجینویتی را آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا ساخته است. بدنه اصلی این بالگرد مکعبی به ابعاد حدود 14×20×16سانتی متر است که چهار پایه مایل، هر کدام به طول حدود 40 سانتی متر به آن متصل است. بالگرد با قرارگیری روی این پایه ها حدود 13 سانتی متر بالاتر از سطح مریخ قرار می گیرد. این بالگرد به دو پره از جنس الیاف کربن هرکدام به طول حدود 120سانتی متر مجهز است که در خلاف جهت یکدیگر با سرعت 2400 دور در دقیقه می چرخد.

در بالای این پره ها یک صفحه خورشیدی نصب شده است که در طول روز با جذب تابش خورشید برق فراوری می نماید و انرژی الکتریکی را در شش باتری لیتیومی ذخیره می نماید. این انرژی برای گرداندن موتور و پره ها هنگام پرواز و همچنین برای گرم نگه داشتن بالگرد طی شب های مریخ استفاده می گردد. توان الکتریکی اینجینویتی 350 وات و جرم مجموع آن 1800 گرم است.

در قسمت پایینی بالگرد اینجینویتی دوربینی واقع شده است که می تواند هنگام پرواز آن از مناظر پایین تصویر تهیه کند. این بالگرد تصاویر خود را به مریخ نورد پرسویرنس مخابره می نماید و همه ارتباط ها با این بالگرد به وسیله مریخ نورد انجام می گردد. به دلیل فاصله طولانی بین مریخ و زمین و زمان چند دقیقه ای که برای رسیدن سیگنال های مخابراتی از زمین به مریخ ضروری است، کنترل پرواز اینجینویتی از زمین ممکن نیست و به صورت کاملا اتوماتیک انجام می گردد.

حداکثر ارتفاع پرواز این بالگرد از سطح مریخ پنج متر و بیشترین زمان پرواز آن 90 ثانیه خواهد بود و نهایتا تا 300متر مسافت را طی خواهد نمود. در مراحل ابتدایی، پرواز در ارتفاع و زمان های کمتری انجام می گردد و در آزمون های بعدی افزایش می یابد. علاوه بر تصاویر ارسالی خود بالگرد، مریخ نورد پرسویرنس از مراحل پرواز اینجینویتی فیلم تهیه خواهد نمود.

محمد عادل پور - دانش / روزنامه وبلاگ فیروزآباد