إذا نجح ، سيكون هذا أول صاروخ يطلق من المريخ في airspacemag.com

0

في غضون حوالي اثنتي عشرة سنة ، استطاع المريخون الوصول إلى الأرض في النهاية. إذا كان الأمر كذلك ، فذلك لأننا جئنا بها هنا.

تخطط ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية للقيام بمهمة جريئة لجمع عينات الصخور والتربة من سطح الكوكب الأحمر ونقلها على مساحة تزيد على 34 مليون ميل – مما يتيح للعلماء فرصة غير مسبوقة لاستكشاف ما هو موجود في المريخ والبحث عن دليل على أن الكوكب كان يؤوي الحياة. كما كشفت البعثات السابقة عن علامات المستنقعات ودلتا الأنهار ، يعتقد العلماء أن بإمكانهم العثور على حفريات الكائنات الحية المجهرية التي ازدهرت في هذه البحيرات والأنهار قبل أن يصبح الكوكب صحراء باردة ، وهو اليوم. مارس 2020 روفر. بينما يستكشف Rover الأرض ويتجمع ، سيستمر مهندسو ناسا في تطوير التكنولوجيا لمرحلتين أخريين من المهمة ̵

1؛ سيقوم صاروخ بنقل العينات إلى مدار المريخ ويلتقي مع مسترجع انتظار ينقل الشحنة الثمينة إلى الأرض. في كل خطوة من هذه الخطوات ، يواجه مهندسو مختبر الدفع النفاث التابع لناسا سلسلة من التحديات الهائلة.

بادئ ذي بدء ، لم يقم أي شخص بإطلاق صاروخ من سطح كوكب آخر. هذا سيناريو مختلف تمامًا عما حدث عندما عاد رواد فضاء أبولو إلى ديارهم من القمر ، الذي يبعد 238،900 ميل فقط. على عكس المرحلة الصعودية لوحدة أبولو القمرية ، يجب على مركبة تسلق المريخ (MAV) المخطط لها أن تحرر نفسها من جاذبية كوكب الأرض ، حتى لو كانت قوة الجذب 38 في المائة فقط من سطح الأرض. وقبل أن تبدأ السيارة الصعود إلى المنزل ، يتعين عليها تحمل سلسلة من العقوبات الجسدية.

أولاً ، يتم الكشف عن MAV كحمولة على مركبة الهبوط في طريق المريخ إلى الرحلة الصعبة لإطلاق من الأرض. ويتبع ذلك رحلة من ستة إلى تسعة أشهر عبر الفضاء في مدخل حار إلى جو المريخ ، ومنحدر الهبوط الأسرع من الصوت والهبوط غير الناعم. بعد ذلك ، ستجلس المركبة على سطح المريخ لمدة نصف عام (أي ما يعادل سنة كاملة على الأرض) المعرضة للعواصف الترابية والأشعة فوق البنفسجية ودرجات حرارة منخفضة تصل إلى 40 درجة فهرنهايت.

هناك فرق آخر مهم لمهام أبولو: لن يكون هناك بشر في سفينة الفضاء. ولأن الوصول إلى المريخ يستغرق بضع دقائق ، فإن التحكم عن بعد أمر غير وارد.

يقول باولو يونس ، مهندس في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا: “لا يمكننا ركوب ذراع التحكم”. “لا يمكننا التواصل معه ، وليس لدينا أي شخص على متن الطائرة ، لذلك يجب أن يكون تلقائيًا.”

Starboard Wheels of the Mars 2020 Rover
يقوم المهندسون في مختبر Jet Propulsion Laboratory بتركيب عجلات الميموريل من مارس 2020 روفر ، ويزن وزنها أكثر من 2300 جنيه. إذا سارت الأمور وفقًا للخطة الموضوعة ، فسيتم إرسال روفر “جلب” ثاني لتحميل العينات التي تم جمعها خلال Mission 2020 على مركبة تصاعدية إلى المريخ.

(ناسا / JPL-Caltech)

في 18 شباط (فبراير) 2021 ، هبطت مركبة المريخ 2020 في منطقة Jezero Crater التي يبلغ عرضها 30 ميلًا (وضوحا “YEH-zuh-raw”) وتجمع هناك عينات من أنابيب محكمة الغلق مخبأة مؤقتًا ويمكن استعادتها لاحقًا. فكرت ناسا في منصة الهبوط لمدة خمس سنوات قبل أن تستقر على جزيرة جيزيرو. يعتقد العلماء أن الحفرة كانت مليئة بعمق 820 قدمًا منذ 4.1 إلى 3.5 مليار عام. ربما أكثر إثارة هي علامات دلتا النهر. تعتبر الدلتا “مناسبة تمامًا للحصول على توقيعات بيولوجية ، أو دليل على الحياة التي قد تكون موجودة في مياه البحر أو في واجهة مياه الرواسب ، أو ربما على الأشياء التي عاشت في منطقة المصدر والفيضان بها. تجمع السفينة التجريبية عينات من على الأقل خمسة أنواع مختلفة من الصخور ، بما في ذلك الطين والكربونات ذات الإمكانات العالية ، للحفاظ على مؤشرات الحياة القديمة ، سواء كانت في شكل جزيئات عضوية معقدة أو في شكل حفريات من الميكروبات ، ويدعم البحث عن العينات بواسطة مجموعة من الأدوات ، بما في ذلك SHERLOC (مسح البيئات الصالحة للسكن باستخدام رامان والتألق للمواد العضوية والكيميائية) ، والذي يستخدم الطيف والليزر فوق البنفسجي وكاميرا لاكتشاف المركبات العضوية. ومع ذلك ، يقول العلماء أن هذا الجهاز لن يكون بديلاً للأدوات الأكثر تطوراً على الأرض ، خاصة عندما يتعلق الأمر بتمييز علامات الحياة عن الأنشطة الكيميائية التي قد تحاكي العمليات العضوية.

يقول تشارلز إدواردز ، مدير JPL لمديرية استكشاف المريخ: “حقًا أن نجعل المجموعة الكبيرة التالية إذا أردنا أن نفهم المريخ كنظام ، فهناك بعض الأمثلة”. “إعادة هذه العينات إلى الأرض يمكن أن يطلق حقًا قوة جميع مختبرات الأرض والإجابة على بعض الأسئلة التي نريد الإجابة عنها حول الحياة على المريخ – سواء كانت منقرضة أو حتى حياة قائمة.”

تعاونت وكالة الفضاء والطيران الأمريكية (ناسا) مع وكالة الفضاء الأوروبية للتخطيط في وقت لاحق ، لم يتم تحديد موعد له بعد ، لمهام ستكمل في النهاية عودة عينة المريخ. بعد مارس 2020 ، تتمثل الخطوة التالية في إرسال مركبة هبوط أخرى بها “عربة تجلب” وسيارة صعود المريخ إلى Jezero Crater. يسترد Rover الأنابيب بواسطة عينات الصخور والتربة التي تم تخزينها مؤقتًا بواسطة Mars 2020 ثم يقوم بتحميلها في حاوية الحمولة في MAV ، وهي عبارة عن أسطوانة بحجم 17 رطلاً بحجم كرة طائرة. بعد ذلك ، من المرجح أن يرتفع جهاز MAV بشكل مستقل من وضع الإقلاع الأفقي إلى وضع الإقلاع بشكل مستقيم وينطلق ليلتقي بالجزء الثالث من المهمة ، وهو مدار الإرجاع حول الأرض.

متطلبات التصميم من MAV جعله الجزء الأكثر خطورة من المهمة. قالت آشلي كارب ، مديرة الدفع ونائبة رئيس مركبة الصعود في مختبر الدفع النفاث ، إن تطوير نظام الدفع الصاروخي كان التحدي الفني الأكثر تحديًا الذي عملت عليه خلال مسيرتها المهنية التي استمرت سبع سنوات في ناسا. يقول كارب: “علينا أن ندخل في نظام الدخول والغرق والهبوط للوصول إلى المريخ ، ومن ثم يمكننا بدء العينات وتسليمها إلى نظام آخر”. “لذلك هناك العديد من واجهات”.

يتطلب نظام الدفع الوقود الذي يمكنه تحمل درجات حرارة المريخ الشديدة مع تلبية متطلبات الحجم والوزن التي تتيح لل MAV أن يصلح لواحد من طراز Marslander لا يزيد وزنه عن 880 رطل ولا يزيد عن 10 أقدام ، على مدار العقدين الماضيين ، ناسا يستخدم المهندسون مفاهيم دفع متعددة MAV لمناقشة خيارين: محرك صاروخ هجين أحادي المرحلة ومحرك صاروخ صلب ثنائي المراحل.

الميزة الرئيسية لصواريخ الوقود الصلب هي أن التكنولوجيا مفهومة جيدا ، كما يقول كارب. في الواقع ، لقد تم استخدامها في مهام سابقة مثل باثفايندر ، سبيريت ، وفرصة الهبوط على المريخ. محركات الوقود الصلب أقل تعقيدًا من محركات الوقود السائل ، والتي تتطلب نظام تغذية ونظام ضغط أو مضخات. ولأن الوقود الصلب أقل تآكلًا واستقرارًا من الوقود السائل ، يمكن تخزينه بسهولة لفترات طويلة من الزمن.

صواريخ الهجين التي تخزن المواد المؤكسدة كسائل أو غاز والوقود كمادة صلبة هي مشكلة أكثر صعوبة في حلها. منذ عام 1933 ، عندما أطلق الاتحاد السوفياتي صاروخًا يجمع بين الأكسجين السائل وشكلًا صلبًا من البنزين ، ارتقى المهندسون بالبناء. على عكس الصواريخ الصلبة ، حيث يتم الجمع بين الأكسدة والوقود بالفعل في وقود واحد ، يصعب على الصواريخ الهجينة تحقيق قوة دفع عالية بأمان لأن المكون الصلب لا يحترق بسرعة كافية عندما يتم رش المؤكسد السائل بشكل منفصل أثناء الرحلة. على الرغم من التكنولوجيا الأقل تطوراً ، تعتقد ناسا أن الفوائد المحتملة لصاروخ هجين لمهمة المريخ كثيرة للغاية ولا يمكن تجاهلها. بمجرد تفجير صاروخ صلب ، يجب أن يظل مضاءًا. يوفر الهجين مزيدًا من خيارات المناورة حيث يمكن إخماده وإغلاقه وإعادة تشغيله في الجو.

ناسا متفائلة بشأن الهجين بسبب الوقود الجديد مع ارتفاع معدل الاحتراق. إنه البارافين المسمى SP7 ، وهو مادة صلبة شمعية مصنوعة من خليط من الهيدروكربونات المشبعة. يطلق على المؤكسد MON25 – مؤكسد سائل يحتوي على أكاسيد مختلطة من النيتروجين بنسبة 25 في المائة.

المشكلة في الوقود الصلب التقليدي هي أن درجات الحرارة القصوى على سطح المريخ يمكن أن تتسبب في تمزقها عند اشتعالها وربما تنفجر. إذا اختارت ناسا محركًا صاروخيًا يعمل بالوقود الصلب ، فسيتعين على مركبة الهبوط تكريس جهد كبير للحفاظ على درجة حرارة المحرك. في المقابل ، يمكن أن تظل حزمة SP7 الشمعية المستخدمة في محرك الصواريخ الهجين مستقرة هيكلياً في ظل تغيرات كبيرة في درجات الحرارة ، ويحتوي مؤكسد MON25 على نقطة تجميد تقل عن 67 درجة فهرنهايت ، والتي توفر أيضًا الكثير من خطوط العرض لنطاق درجة الحرارة المتوقع Jezero الحفرة بين الهبوط من MAV على المريخ والإقلاع من سنة كاملة الأرض في وقت لاحق.

في نهاية أبريل ، مر الصاروخ الهجين عتبة حاسمة: اشتعال ناجح عند درجة فهرنهايت بأربع درجات. يقول كارب: “كانت هذه أول مظاهرة نجح فيها بالفعل”. تم إجراء اختبارين آخرين في نهاية يوليو. اختبر الاختبار الأول نظام إطلاق النار السريع للصاروخ من أجل إطلاق نار ثانٍ وفوهة صاروخية جديدة ، واختبر الاختبار الثاني صيغة SP7 المعاد تصميمها.

Earth Return Orbiter
ستكون لعبة عالية المخاطر عندما يلتقط Earth Return Orbiter (Artist) حاوية تبلغ مساحتها 17 رطلًا بحجم كرة الطائرة مع تربة أجنبية تقع على ارتفاع يتراوح ما بين 185 و 250 ميلًا فوق المريخ الذي يمر عبر الفضاء.

(ESA / ATG Medialab)

وبغض النظر عن اختيار تصميم MAV ، فإن تقنيات التوجيه والملاحة والتحكم المستقلة مطلوبة لتحقيق مدار المريخ المناسب حتى يمكن العثور على مدار الأرض. بالنسبة لإيفان أنزالون ، وهو مهندس بحري وملاحي في مركز مارشال لرحلات الفضاء ، فإن التحدي الأولي هو تحديد الظروف الأولية قبل الإقلاع ، حيث يكون MAV على السطح بالضبط فيما يتعلق بمسار وجهته وفي أي اتجاه يشير (موقفه). يتم تحديد موقف الصاروخ ليس فقط من خلال الاتجاه الذي يشير إليه مخروط الأنف ، ولكن أيضًا بواسطة سرعة دوران الكوكب والجاذبية المحلية.

يقول أنزالون: “كلما كان من الممكن قياس هذه الأشياء ، كان من الأفضل لنا معرفة كيف يكون موقفنا الأصلي”. “يمكن حل المشكلة ، وقد فعلناها مع المركبات الكبيرة ، ولكن عندما تصل إلى هذا الحجم الأصغر ، يجب أن تفعل كل شيء بشكل مستقل ، مع تأخير طويل لأي نوع من الطلبات والخزائن.”

يدرس أنزالون وزملاؤه مقاربتين في التوجيه والتحكم والملاحة ، أحدهما يدعى “الحلقة المفتوحة” ، حيث يتم برمجة الصاروخ أساسًا لتوجيه مسار معين. يقول Anzalone: “إنهم يوجهون الأوامر فقط إلى مشغليهم ويذهبون” ، وهي طريقة سهلة نسبيًا لإطلاق صاروخ ، ولكنها تنطوي على مخاطر – على سبيل المثال ، إذا هبطت مركبة Mars Lander الحاملة لـ MAV في Jezero Crater ، وبالتالي فإن موقف الصاروخ هو درجة واحدة فقط ، ثم نظام توجيه مفتوح سيأتي مع بدء هذا الخطأ الأولي ولن يصل MAV إلى مساره المقصود. [19659011] في المقابل ، فإن الخيار الآخر هو توجيه حلقة مغلقة ، وهو نظام واحد معقدة للغاية ثانية. في هذا النهج ، يراقب الصاروخ موقعه وتوجهه وسرعته أثناء الطيران ، ويقوم بضبط المكان الذي يحاذي فيه الفوهة لتحسين مسارها.

بمجرد وصول MAV إلى المدار المحدد ، يجب أن تطلق الكبسولة التي تحتوي على العينات. The Earth The Return Orbiter ، المحاذاة في نفس المدار ، سيتسلل إليها بمعدل إغلاق يبلغ حوالي بوصتين في الثانية. يقول باولو يونس ، مهندس مختبر الدفع النفاث الذي يصمم نظام الكشف وضبط النفس ، ربما تكون حاوية العينة ساطعة وقد تحتوي على رموز تشبه رموز QR. تتيح هذه الميزات للكاميرات الموجودة على متن المركبة الفضائية العثور على الوجهة أسهل. على مسافة 328 قدمًا ، كان بإمكان مراقبي الحركة الجوية مراقبة النهج وربما إجراء تصحيحات للدورة قبل موعد الاجتماع. يقول جيفري أوملاند ، كبير المهندسين في مهمة InSight الحالية لوكالة ناسا إلى المريخ والموظفين في نظام الالتقاط والاحتواء ، بعد ذلك ، “كل شيء على متن [وسوف] تطير سفينة الفضاء من تلقاء نفسها”.

يقول يونس: “لدينا. هذا شيء ثمين للغاية ، ولديه جمود معين”. “يتحرك ويتحول ببطء. والتحدي الآن هو التقاط هذا الشيء في مدار باستخدام روبوت وإدخاله في نظامنا وتعبئته في حاوية حتى نتمكن من إغلاقه وإعادته إلى الأرض. لم نفعل ذلك مطلقًا أي شيء معقد جدا.

بينما تقوم وكالة الفضاء الأوروبية بتطوير Earth Return Orbiter ، يقوم مهندسو JPL بتصميم نظام الالتقاط وضبط النفس على متن المركبة الفضائية.

في الجزء الأمامي من هذا النظام سيكون هناك مخروط لصيد السمك مع سلسلة من أجهزة الاستشعار التي من شأنها أن تكشف عند امتلاء بن. في هذه المرحلة ، يتم إغلاق الغطاء بسرعة (خلال ثانيتين) فوق الجزء العلوي من المخروط ، قبل أن تتاح للحاوية فرصة لضرب الجزء الخلفي للمخروط والقفز مرة أخرى إلى الفضاء. يقول أوملاند: “تخيل الأمر أكثر أو أقل باعتباره مصيدة فئران ، لكننا نطير إلى الماوس”.

داخل المخروط ، يتأرجح ذراع ميكانيكي متصل بمجداف فوق الحاوية ويدفعها للخلف من مخروط الالتقاط إلى حاوية. جهاز آخر ، ربما يكون نوعًا من آلية المساحات ، من شأنه أن يكتسح الحاوية لمحاذاةها بحيث يتم تخزين أنابيب العينات في الجانب الأيمن لأعلى فيما يتعلق بالدرع الحراري للمركبة الفضائية. يعتقد مخططو البعثة أن الأختام المحكم على الأنابيب سيكون لها أفضل فرصة للبقاء على قيد الحياة إذا ابتعدوا عن اتجاه السفر على العائدة وعلى الأرض ، وربما عند منصة الهبوط في صحراء يوتا.

ليس هذا هو الخيال العلمي الذي كان يتخيله تقليديًا أن المريخيين سوف يصلون إلى الأرض. إذا نجح ذلك ، فيمكننا أخيرًا الحصول على دليل على وجود حياة في عالم آخر.

(الوظيفة (d، s، id) {var js، fjs = d.getElementsByTagName (s) [0]؛ if (d.getElementById (id)) {Return؛} js = d.createElement (s)؛ js.id = id؛ js.src = “http://connect.facebook.net/en_US/sdk.js”؛ fjs.parentNode.insertBefore (js، fjs)؛} (المستند ، & # 39؛، & النصيحة & # 39؛، & # 39؛ facebook-jssdk & # 39؛))؛

Leave A Reply

Your email address will not be published.