14 مايو، 2021

جورنالك

الخبر كما هو ، منكم و اليكم

ستحاول مروحية خلسة على متن مركبة المريخ التابعة لوكالة ناسا أول رحلة طيران على عالم آخر

عندما يتم إطلاق أحدث مسبار المريخ التابع لوكالة ناسا ، المثابرة ، هذا الأسبوع ، سيكون للروبوت مسافر صغير خلسة على متنه: مروحية صغيرة على شكل صندوق. إذا تمكنت المروحية من التحليق بنجاح فوق تضاريس المريخ ، فستكون هذه هي المرة الأولى التي تطير فيها مركبة من صنع الإنسان على عالم آخر – ويمكن أن تفتح طريقة جديدة تمامًا لاستكشاف النظام الشمسي في المستقبل.

المروحية ، المسماة Ingenuity ، ليست هي المحور الرئيسي للعربة الجوالة. يتمثل الهدف الأكبر للمثابرة في البحث عن علامات الحياة على المريخ واستخراج عينات من الأوساخ التي يمكن إعادتها يومًا ما إلى الأرض لدراستها. لكن المهندسين تمكنوا من العثور على مساحة تحت بطن العربة الجوالة لتخزين المروحية الصغيرة. في مرحلة ما خلال رحلة المثابرة ، ستنشر العربة الجوالة الإبداع على سطح المريخ ، حيث ستدور حول دوارها وتحاول الإقلاع.

تأمل هذه التجربة بين الكواكب في توفير وجهة نظر جديدة لاستكشاف المريخ ، بما يتجاوز الخيارات الحالية المحدودة. لا يمكن لمركبات المدار الخاصة بالمريخ الحصول على صور عالية الدقة يمكن لمركبة فضائية الاقتراب منها بالقرب من الأرض. يمكن لمركبي الهبوط الحصول على المعلومات فقط من موقع ثابت ، بينما لا يمكن للمركبات الجوالة التحرك إلا حتى الآن ، بمعلومات محدودة حول ما ينتظرنا في المستقبل. لكن يمكن لطائرة هليكوبتر أن تعمل ككشافة أو تقوم باستطلاع لمركبات فضائية أخرى أو تصل إلى مناطق يصعب الوصول إليها.

قد تكون هذه القدرة الاستكشافية مفيدة للغاية إذا نجح البشر في الوصول إلى سطح المريخ. يقول MiMi Aung ، مدير مشروع مروحية المريخ في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا: "إن التحليق حقًا إلى الأمام ثم الحصول على صور عالية الدقة لإعلام البشر والعربات الجوالة عن الرحلات الجوية ، سيؤدي حقًا إلى تعزيز استكشاف العالم". "القدرة على الطيران ستضيف بُعدًا جديدًا تمامًا للاستكشاف".

لا تزال هناك عقبة كبيرة أمام الطيران على المريخ: الغلاف الجوي. يبلغ سمك الهواء المحيط بالكوكب 1٪ فقط من سمك الغلاف الجوي للأرض. مع وجود القليل من الهواء للتحرك ، سيكون تحقيق الرفع على المريخ أمرًا صعبًا للغاية. تساعد الجاذبية المنخفضة على سطح المريخ ؛ حوالي 38٪ من جاذبية الأرض. ولكن حتى مع هذه المساعدة ، لا تزال المركبة غير قادرة على الطيران على المريخ بنفس التقنيات التي نستخدمها للطيران على كوكبنا.

لكي ينطلق أي شيء من الأرض في تلك البيئة ، يجب أن يكون خفيف الوزن للغاية ، ويجب أن تتحرك المراوح بسرعة مذهلة. لكن لا يمكنهم الذهاب جدا سريعًا ، أو تبدأ الأمور في التقلص. قال بوب بالارام ، كبير مهندسي مروحية المريخ في مختبر الدفع النفاث ، "لا يمكنك الاستمرار في التحرك بشكل أسرع وأسرع ، لأن ما يحدث بعد ذلك هو أن أطراف شفراتك تبدأ في الاقتراب من ماخ واحد" الحافة. "لقد بدأوا في الرغبة في أن يصبحوا أسرع من الصوت ، ولا تريد حتى السماح لهم بالذهاب إلى الصوت لأنك تحصل على تأثيرات أكثر اضطرابا."

مع وضع هذه القيود في الاعتبار ، شرع فريق من المهندسين في NASA JPL في ابتكار أول مروحية مريخية. حدد الفريق وراء المثابرة أبعاد المروحية ، وحدد أن العربة الجوالة يمكن أن تستوعب طائرة هليكوبتر صغيرة ذات شفرات يصل عرضها إلى حوالي 1.2 متر – أو حوالي 4 أقدام -. وقد أدى ذلك في النهاية إلى إملاء الوزن الذي يمكن أن تكون عليه المروحية ، حيث بلغ وزنها 1.8 كجم فقط ، أو ما يقرب من 4 أرطال. يقول أونج إن إنشاء مثل هذه السيارة الصغيرة الحجم المليئة بالإلكترونيات هو شيء كان من الممكن أن يحدث اليوم. تقول: "قبل بضعة عقود ، لم تكن تكنولوجيا الإلكترونيات خفيفة الوزن – أجهزة الكمبيوتر ، وأجهزة الاستشعار ، والكاميرات ، والجيروسكوب – كل هذه الأشياء متاحة".

يبدو التصميم النهائي للمروحية وكأنه عنكبوت أبي طويل الأرجل مع غطاء رأس معقد. الجسم الرئيسي للإبداع هو صندوق به أربعة أطراف بارزة تحافظ على السيارة في وضع مستقيم على الأرض. تم تثبيت أربع شفرات من ألياف الكربون في الأعلى ، بالإضافة إلى لوحة شمسية لتوليد الطاقة. تم تصميم هذه الشفرات لتدور حتى 2400 دورة في الدقيقة – أو 40 مرة في الثانية. تدور شفرات طائرة هليكوبتر أرضية نموذجية بمعدل 450 إلى 500 دورة في الدقيقة. ومع ذلك ، يجب ألا تتجاوز شفرات Ingenuity سرعة الصوت ، لتصل إلى أقل من 0.7 Mach.

لم يكن بناء الإبداع سوى نصف المعركة. كان على الفريق التأكد من أن المروحية يمكنها بالفعل التحليق في عالم آخر. "بالتوازي مع اختراع المروحية هو أيضًا:" كيف تختبرها؟ "يقول أونغ. "لأنه لم يتم القيام به من قبل."

لحسن الحظ ، تم تجهيز مختبر الدفع النفاث التابع لناسا بغرف اختبار عملاقة يمكن استخدامها لهذا المنصب. يمكن لغرفة كبيرة تسمى Space Simulator في مختبر الدفع النفاث أن تعيد إنشاء فراغ كامل وكذلك التعامل مع جميع درجات الحرارة القصوى التي قد تتعرض لها المركبة الفضائية بعد مغادرة الأرض. لاختبار الإبداع ، حوّل الفريق الهندسي الغرفة إلى بيئة تشبه المريخ. يقول أونغ: "لقد أخذنا تلك الغرفة بشكل أساسي وضخناها بالقرب من الفراغ وقمنا بملئها بثاني أكسيد الكربون ، بحيث تحتوي الغرفة الآن على كثافة جوية تشبه المريخ".

بقي تحدي اختبار آخر: التخلص من الجاذبية الأرضية الثقيلة. لمحاكاة الجاذبية المنخفضة للمريخ ، قام المهندسون بربط حبل خفيف الوزن بنماذج أولية من الإبداع كلما طاروا في غرفة الاختبار. قدم الحبل ، الذي يُطلق عليه نظام Gravity Offload ، شدًا تصاعديًا ثابتًا على المركبة الفضائية ، مما جعلها تشعر كما لو كانت المركبة في 38 بالمائة من جاذبية الأرض.

ساعد هذا الاختبار في تشكيل التصميم النهائي للإبداع. خلال أول اختبارين للرحلة ، وجد الفريق أن الشفرات الموجودة على طائرات الهليكوبتر التجريبية ظلت ترفرف لأعلى ولأسفل. يحدث الميل للرفرف مع مروحيات الأرض أيضًا ، نظرًا لأن الشفرات طويلة وعميقة. لكن الغلاف الجوي السميك يخمد هذا التأثير. من ناحية أخرى ، فإن الغلاف الجوي الرقيق للمريخ لا يقلل من هذا الخفقان.

يقول بالارام: "كان هذا اكتشافًا قليلاً بالنسبة لنا عندما قمنا برحلاتنا الأولى" ، مضيفًا أن الخفقان يمكن أن يتداخل مع عناصر التحكم في المروحية. الحل؟ جعل المهندسون الشفرات أكثر صلابة وأكثر صلابة من طائرة هليكوبتر عادية من نفس الحجم على الأرض.

أجرى الفريق عشرات الرحلات التجريبية في مختلف الظروف القاسية – بما في ذلك البرد القارس لمحاكاة ليالي المريخ التي يمكن أن تصل إلى -130 درجة فهرنهايت ، أو -90 درجة مئوية. الآن ، بعد كل هذا العمل الشاق ، حان الوقت لأن تشرع شركة Ingenuity في رحلتها. للوصول إلى المريخ ، ستركب المروحية مطوية على الجانب السفلي من المثابرة ، مغطاة بدرع للحماية. عندما تصل المركبة الجوالة إلى المريخ وتجد المكان المناسب تمامًا ، ستقوم شركة Ingenuity ببعض الجمباز المعقد ، وتنتشر في شكلها النهائي مع توجيه أرجلها نحو الأرض. ثم سوف يسقط إلى السطح ، حيث تتدحرج المثابرة وتتركها وراءها.

تم منح الفريق 30 يومًا فقط من أيام المريخ لتشغيل الإبداع ، وهو ما يقرب من 31 يومًا من أيام الأرض. ستكون الرحلة الأولى بسيطة: سيحاول المروحية الإقلاع والصعود إلى ارتفاع حوالي 10 أقدام ، أو 3 أمتار ، والتحليق هناك لمدة 30 ثانية أو نحو ذلك. سيكون قصيرًا ، لكنه سيحدد ما إذا كان العمل الشاق للمهندسين قد أتى بثماره. "أعتقد أنني سأشعر وكأنني: أخيرًا ، طفلنا ، إذا جاز التعبير ، في البيئة التي تم تطويرها طوال هذه السنوات ،" يقول أونج.

سوف يقوم الإبداع بما يصل إلى أربع رحلات قصيرة ، ويدفع الظرف مع كل إقلاع تدريجي. لن تستغرق أي رحلة أكثر من 90 ثانية تقريبًا. لكن يمكن أن يصل ارتفاع الإبداع إلى حوالي 15 قدمًا ، أو 5 أمتار ، ويسافر أفقياً بحوالي 160 قدمًا ، أو 50 مترًا.

يجب أن تكون كل هذه الرحلات ذاتية التحكم ، وذلك بفضل التأخر الطويل في الاتصال بين الأرض والمريخ. سيرسل الفريق قائمة بالأوامر إلى Ingenuity ، وسيقوم بتنفيذ جميع الخطوات بمفرده. الخطة هي أن تلتقط المروحية صورًا عندما تطير ، ومن الممكن أيضًا أن تلتقط المثابرة بعض الصور البعيدة للإبداع وهي تحوم في الهواء.

في نهاية المطاف ، تعد Ingenuity عرضًا تقنيًا ، ولهذا السبب من المفترض أن تكون رحلاتها قصيرة ومباشرة. لكن يمكن أن يثبت أن الآلات الطائرة يمكن أن تكون ذات قيمة للمهام المستقبلية إلى المريخ. يعمل المهندسون بالفعل على تصميمات لطائرات هليكوبتر أكبر يصل وزنها إلى 44 رطلاً أو 20 كجم. يمكن أن تحمل المروحيات الأكبر حجمًا حمولات علمية أكثر أهمية وكاميرات أجمل مما تمتلكه شركة Ingenuity الآن.

ولكن قبل أن تتمكن من المشي ، عليك الزحف أولاً. وهذا هو جوهر الإبداع. يقول بالارام: "آمل أن يكون لدينا ما أحب أن أسميه" لحظة الأخوين رايت ". "لكنها رحلة خاضعة للرقابة على كوكب آخر."