رویدادی تاریخی؛ بلندپروازی نبوغ در آسمان مریخ

روزنامه جام‌جم: پرواز موفق هواپیمای برادران رایت در آذر ۱۲۸۲/ دسامبر ۱۹۰۳ 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 می‌شود، اما گویا تسخیر آسمان زمین برای ماجراجویی و کنجکاوی بشر را قانع نمی‌کند و او چشم به پرواز در آسمان دیگر دنیا‌ها دارد.

این روز‌ها بالگردی کوچک به نام اینجینویتی (Ingenuity به‌معنی نبوغ) که به همراه مریخ‌نورد پرسویرنس (Perseverance به‌معنی استقامت) به سیاره سرخ در منظومه شمسی سفر کرده با پرواز در آسمان مریخ نخستین فاتح آسمان در دنیایی فرازمینی لقب می‌گیرد؛ بالگردی که تکه‌ای کوچک از پارچه بال هواپیمای برادران رایت را به نشان نخستین پرواز به همراه دارد. قرار بود نخستین پرواز اینجینویتی در یکشنبه ۲۲ فروردین/ ۱۱ آوریل انجام شود، اما به‌دلیل بروز یک اشکال فنی در نرم‌افزار کنترل، پرواز بالگرد به تعویق افتاد.

آخرین خبر در زمان آماده‌سازی این مقاله این است که شاید دوشنبه ۳۰ فروردین این بالگرد پرواز کند و بنابراین احتمال دارد اکنون که شما این مقاله را می‌خوانید، پرواز اینجینویتی انجام شده باشد. باید بدانیم ماموریت اینجینویتی یک ماموریت آزمایش فناوری است که می‌خواهد امکان پرواز بالگرد در آسمان مریخ را بررسی کند و به هر حال امکان شکست آن وجود دارد. اما با وجود همه خطراتی که احتمال شکست در انجام این ماموریت را بالا می‌برد، اگر آزمایش اینجینویتی موفق‌آمیز باشد راه نوینی در مسیر کاوش‌های سیاره سرخ خواهد گشود.

سیاره مریخ به‌دلیل شباهت‌هایی که به زمین دارد در کاوش‌های فضایی بسیار مورد توجه بوده و هست. طی دهه‌های گذشته ناوگانی از مدارگردها، سطح‌نشین‌ها و مریخ‌نورد‌ها برای بررسی این سیاره اعزام شده‌اند. هرکدام از این نوع کاوشگر‌ها محدودیت‌های خودشان را دارند. مدارگرد‌ها فقط می‌توانند از فواصل دور تصویر‌هایی از سطح تهیه کنند. سطح‌نشین‌ها در جای خود ثابت هستند و نمی‌توانند محلی غیر از موضع فرود خودشان را بررسی کنند. در این میان مریخ‌نورد‌ها می‌توانند ضمن بررسی سطح از نزدیک به گشت‌زنی بپردازند و کیلومتر‌ها از محل اولیه فرودشان دور شوند.

اما مریخ‌نورد‌ها هم محدودیت بسیاری دارند. خاک سطح مریخ شنی است و امکان گیرکردن مریخ‌نورد‌ها در آن وجود دارد. این اتفاقی است که برای مریخ‌نورد اسپیریت (Spirit) افتاد و باعث شد در مدت پایانی ماموریت خود قادر به حرکت نباشد. همین‌طور مریخ‌نورد آپورچونیتی (Opportunity) هم در شن مریخ گیر کرد و پس از کلی تلاش و صرف وقت توانستند آن را رها کنند؛ به همین دلیل سرعت حرکت مریخ‌نورد‌ها برای رعایت احتیاط و سنجیدن دقیق محیط اطراف خیلی کند است.

خاک برخی مناطق هم به‌گونه‌ای است که به‌هیچ‌وجه امکان حرکت مریخ‌نورد‌ها در آن وجود ندارد؛ به‌علاوه مریخ‌نورد‌ها از شیب‌های تند هم نمی‌توانند بالا بروند. پس عملا امکان بررسی بسیاری از قسمت‌های مریخ با سطح‌نورد‌ها وجود ندارد. حالا اگر کاوشگری پرنده داشته باشیم که بتواند از نقطه‌ای به نقطه دیگر در آسمان مریخ پرواز کند بسیاری از این مشکلات حل خواهد شد. اما پرواز در آسمان مریخ بسیار چالش‌برانگیز است.

چالش‌های پرواز در آسمان مریخ

جو سیاره مریخ ۹۰ برابر رقیق‌تر از جو زمین است و همین پرواز را در آسمان سیاره مریخ بسیار مشکل می‌کند. غلظت جو مریخ در سطح سیاره برابر غلظت جو زمین در ارتفاع ۳۰ کیلومتری است! در شرایطی که بدانیم بالگرد‌ها روی زمین حداکثر تا ارتفاع ۱۲ کیلومتری پرواز کرده‌اند و نه بیشتر، آن‌وقت متوجه می‌شویم طراحی بالگردی که بتواند در جو بسیار رقیق مریخ پرواز کند چقدر چالش‌برانگیز است. چنین بالگردی باید تا حد ممکن سبک ساخته شود و موتورهایش نیز هرچه نیرومندتر طراحی شود. سرعت چرخش پره‌های این بالگرد نیز باید بسیار زیاد و حدود ۱۰ برابر سرعت چرخش پره بالگرد‌ها روی زمین باشد.

علاوه بر چالش پرواز در جو بسیار رقیق مریخ، سرمای طاقت‌فرسای شب‌های مریخ هم برای بالگرد کوچک اینجینویتی که انرژی محدودی دارد و با اندازه کوچکش نمی‌تواند عایق‌های حرارتی مفصلی داشته باشد چالش‌برانگیز بوده است. دما در شب‌های مریخ به منفی ۹۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد که می‌تواند به‌سادگی باعث یخ‌زدگی و ترک‌خوردن قطعات و مدار‌های الکترونیکی بالگرد شود. طراحی گرمکن‌های مناسب و عایق‌های حرارتی کارآمد برای اینجینویتی از چالش‌های مهم ماموریتش بوده است.

گامی کوچک برای رسیدن به موفقیت‌های بزرگ

شاید در نگاه نخست، ارتفاع پرواز کمتر از پنج متری و زمان بسیار کوتاه ۹۰ ثانیه‌ای پرواز آزمایشی بالگرد اینجینویتی برایمان ناامیدکننده به نظر برسد، اما باید بدانیم نخستین پرواز هواپیمای برادران رایت نیز فقط ۱۲ ثانیه طول کشید و این هواپیما فقط ۳۷ متر ارتفاع گرفت. از آن پرواز بسیار کوتاه، امروزه به جایی رسیده‌ایم که هواپیما‌ها با پرواز بر فراز اقیانوس‌های پهناور زمین، سفر به هر نقطه‌ای را ممکن کرده‌اند. مثال دیگر روند تکاملی مریخ‌نوردهاست.

نخستین مریخ‌نورد که سوجورنر نام داشت فقط ۱۰۰ متر روی سطح مریخ حرکت کرد و برای ارتباط با مرکز کنترل در زمین به سطح‌نشین مادرش وابسته بود و ابزار‌های کاوشی خاصی نداشت. اما پس از موفقیت سوجورنر، ناسا در گام بعدی مریخ‌نورد‌های پیشرفته دوقلوی اسپیریت و آپورچونیتی را به مریخ فرستاد که توانمندی‌های کاوشی بسیاری داشتند و درمجموع بیش از ۵۲کیلومتر بر سطح مریخ جابه‌جا شدند. مریخ‌نورد کیوریاسیتی نیز که در حال حاضر روی مریخ فعال است تاکنون بیش از ۲۰کیلومتر را پیموده است. بر‌اساس همین روند می‌توان انتظار داشت در صورت موفقیت آزمایش بالگرد اینجینویتی، در ماموریت‌های بعدی، بالگرد‌های مستقل و بسیار پیشرفته‌تری به مقصد دورتر در سیاره سرخ اعزام شود.

ساختار بالگرد نبوغ در یک نگاه

بالگرد اینجینویتی را آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا ساخته است. بدنه اصلی این بالگرد مکعبی به ابعاد حدود ۱۴×۲۰×۱۶سانتی‌متر است که چهار پایه مایل، هر‌کدام به طول حدود ۴۰ سانتی‌متر به آن متصل است. بالگرد با قرارگیری روی این پایه‌ها حدود ۱۳ سانتی‌متر بالاتر از سطح مریخ قرار می‌گیرد. این بالگرد به دو پره از جنس الیاف کربن هرکدام به طول حدود ۱۲۰سانتی‌متر مجهز است که در خلاف جهت یکدیگر با سرعت ۲۴۰۰ دور در دقیقه می‌چرخد.

در بالای این پره‌ها یک صفحه خورشیدی نصب شده است که در طول روز با جذب تابش خورشید برق تولید می‌کند و انرژی الکتریکی را در شش باتری لیتیومی ذخیره می‌کند. این انرژی برای گرداندن موتور و پره‌ها هنگام پرواز و همچنین برای گرم نگه داشتن بالگرد طی شب‌های مریخ استفاده می‌شود. توان الکتریکی اینجینویتی ۳۵۰ وات و جرم مجموع آن ۱۸۰۰ گرم است.

در قسمت پایینی بالگرد اینجینویتی دوربینی قرار دارد که می‌تواند هنگام پرواز آن از مناظر پایین تصویر تهیه کند. این بالگرد تصاویر خود را به مریخ‌نورد پرسویرنس مخابره می‌کند و همه ارتباط‌ها با این بالگرد از طریق مریخ‌نورد انجام می‌شود. به‌دلیل فاصله طولانی بین مریخ و زمین و زمان چند دقیقه‌ای که برای رسیدن سیگنال‌های مخابراتی از زمین به مریخ لازم است، کنترل پرواز اینجینویتی از زمین ممکن نیست و به‌صورت کاملا خودکار انجام می‌شود.

حداکثر ارتفاع پرواز این بالگرد از سطح مریخ پنج متر و بیشترین زمان پرواز آن ۹۰ ثانیه خواهد بود و نهایتا تا ۳۰۰متر مسافت را طی خواهد کرد. در مراحل ابتدایی، پرواز در ارتفاع و زمان‌های کمتری انجام می‌شود و در آزمون‌های بعدی افزایش می‌یابد. علاوه بر تصاویر ارسالی خود بالگرد، مریخ‌نورد پرسویرنس از مراحل پرواز اینجینویتی فیلم تهیه خواهد کرد.