پایان عصر مریخنوردها؟ ناسا اکنون برای کاوش مریخ بهطور کامل بر هلیکوپترها تمرکز دارد
ناسا برای کاوش سیاره سرخ، مریخنوردهای گرانقیمت را کنار گذاشته و استراتژی جدید خود را بر خرید خدمات تجاری و پهپادهای ارزان متمرکز کرده است.
ناسا برای کاوش سیاره سرخ، مریخنوردهای گرانقیمت را کنار گذاشته و استراتژی جدید خود را بر خرید خدمات تجاری و پهپادهای ارزان متمرکز کرده است.
برای نخستین بار در بیش از ۳۰ سال گذشته، ناسا هیچ برنامهی قطعی برای ارسال سطحنشین یا سطحنورد جدید به مریخ ندارد. در عوض، تمرکز کوتاهمدت این سازمان در سیاره سرخ به کاوشگران پرنده معطوف شده است؛ روشی پیشگامانه برای اکتشافات فضایی که تا همین چند سال پیش چندان واقعبینانه به نظر نمیرسید.
نخستین استفاده واقعی از پهپادها برای انجام تحقیقات علمی در مریخ با مأموریت «اسکایفال» رقم خواهد خورد؛ ناوگانی متشکل از سه هلیکوپتر که قرار است تا اواخر سال ۲۰۲۸ پرتاب شوند. هلیکوپترهای اسکایفال همراه با رآکتور فضایی «فریدوم» (SR-1 Freedom) به سیاره سرخ خواهند رفت؛ مأموریتی که هدف اصلیاش آزمایش پیشرانش هستهای-الکتریکی در فضای ژرف است.
پروژه پرتاب اسکایفال و فریدوم بسیار فشرده است؛ بهطوری که تا همین ۶ ماه پیش جزو برنامههای ناسا نبودند. هزینه مأموریت فریدوم حدود ۲٫۱ میلیارد دلار برآورد شده و ناسا قصد دارد ماژول اصلی ایستگاه فضایی لغوشده گیتوی در مدار ماه را به سکوی آزمایشی برای پیشرانش هستهای-الکتریکی تبدیل کند. اسکایفال نیز بر موفقیت ناسا در ساخت هلیکوپتر اینجنیوتی تکیه خواهد کرد؛ وسیلهای آزمایشی که در سال ۲۰۲۱ به نخستین هواگردی تبدیل شد که روی دنیایی دیگر پرواز کرده است.
آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) برای طراحی و ساخت سه هلیکوپتر اسکایفال و یک نمونه یدکی، با شرکت ارووایرونمنت (AeroVironment)، سازنده پهپادهای ارتفاعبالا همکاری میکند. همین تیم پیشتر اینجنیوتی را نیز ساخته بود؛ هلیکوپتری که پنج سال پیش همراه مریخنورد پرسویرنس ناسا روی مریخ فرود آمد.
مهندسان برای ساخت هلیکوپترهای اسکایفال از طراحی اینجنیوتی استفاده میکنند. نمونههای جدید اندکی بزرگتر خواهند بود و حدود ۲٫۵ کیلوگرم وزن خواهند داشت؛ درحالیکه وزن اینجنیوتی ۱٫۸ کیلوگرم بود. آنها همچنین ملخهای ارتقایافته خواهند داشت تا بتوانند محموله سنگینتر را حمل کنند.
نخستین استفاده واقعی از پهپادها برای انجام تحقیقات علمی در مریخ با مأموریت «اسکایفال» رقم خواهد خورد
جف رودریان، مدیر ارشد در ارووایرونمنت، میگوید اسکایفال نشان خواهد داد که «هلیکوپترهای مریخی را میتوان بهعنوان خط تولید تکرارپذیر ساخت، نه محصولی تکنمونهای.»
طبق اعلام ایرووایرونمنت، این شرکت مسئول سامانه ملخها، بدنه، سازهها، یکپارچهسازی سامانههای اویونیک و فراهمکردن فضای لازم برای محمولههای علمی خواهد بود. JPL نیز سامانه تأمین توان، تجهیزات الکترونیکی، الگوریتمها و نرمافزارها را توسعه میدهد و یک رادار نفوذکننده به زمین نیز برای جستوجوی آب یخزده در زیر سطح مریخ خواهد ساخت. هر هلیکوپتر همچنین مجموعهای از دوربینها و حسگرها برای جمعآوری داده درباره جو مریخ حمل خواهد کرد.
تجهیز هلیکوپترهای اسکالفای به ابزارهای یادشده، جهشی بزرگ نسبت به اینجنیوتی خواهد بود. این هلیکوپتر فقط دو دوربین داشت و فاقد ابزارهای علمی پیشرفته بود. اینجنیوتی همچنین بهدلیل وابستگی به پرسویرنس برای برقراری ارتباط با زمین، محدودیت در برد پرواز داشت؛ اما اسکایفال قادر خواهد بود از طریق ماهوارههای مدارگرد مخابراتی که برفراز آن پرواز میکنند، داده ارسال و دریافت کند.
ویل پومرانتز، مدیر بخش سرمایهگذاریهای فضایی ارووایرونمنت، میگوید مهندسان شرکت برنامههای پرتاب ناسا را بررسی میکردند تا ببینند چه زمانی میتوانند هلیکوپترهای جدید را بهعنوان محمولهی جانبی، همراه با مریخنورد یا سطحنشینی دیگر به مریخ بفرستند. اما با تغییر برنامههای ناسا برای بازگرداندن نمونههای مریخ به زمین، مشخص شد که احتمالاً در آینده نزدیک وسیلهای برای فرود روی سطح مریخ وجود نخواهد داشت.
بنابراین مهندسان روش تازهای برای رساندن اسکایفال به مریخ طراحی کردند. برخلاف اینجنیوتی که سوار بر مریخنورد پرسویرنس به مریخ رفت، اسکایفال هنگام نزدیکشدن به مریخ از فضاپیمای فریدوم جدا خواهد شد. سپس هلیکوپترها درون سپر حرارتی محافظ وارد جو مریخ میشوند و بعد از آن، خودشان را آزاد میکنند و بهصورت کاملاً خودکار و با نیروی پیشران خود روی سطح مریخ فرود میآیند.
پومرانتز میگوید این رویکرد فرود جدید میتواند شیوههای عملیاتی و حتی پنجرههای پرتاب جدیدی برای کاوش سطح مریخ ایجاد کند و امکان رفتن به مناطقی را فراهم آورد که با روشهای دیگر کاوش، دسترسی به آنها عملی یا اقتصادی نیست.
ناسا هنوز هزینه پیشبینیشده برای مأموریت اسکایفال را اعلام نکرده و سخنگوی این سازمان نیز حاضر نشده ارزش قرارداد JPL با ارووایرونمنت را اعلام کند.
همچنین با وجود مزایای پهپادهایی مانند اسکایفال، این وسایل محدودیتهایی نیز دارند. پیشرفت فناوری کوچکسازی تجهیزات اکنون امکان نصب محمولههایی مانند رادار را روی سکویی به کوچکی اسکایفال فراهم کرده است؛ اما فضای کافی برای حمل مجموعه کاملی از ابزارهای علمی در حد مریخنورد وجود ندارد. بنابراین، دستکم فعلاً بازوی رباتیک، مته یا ابزارهایی برای جستوجوی شواهد حیات گذشته یا کنونی در کار نخواهد بود.
هلیکوپترهای مریخی برای تولید نیروی برآر (بالابر) باید ملخهای خود را بسیار سریعتر از هلیکوپترهای زمینی بچرخانند
رادارهای نفوذکننده به زمین اسکایفال در واقع ادامهدهندهی راهبرد چنددههای ناسا برای کاوش مریخ، یعنی «دنبالکردن رد آب» هستند.
جرد آیزاکمن، مدیر ناسا، در ماه مارس حمایت این سازمان از مأموریت اسکایفال و فریدوم را اعلام کرد. اولویت اصلی ناسا در دولت ترامپ ایجاد پایگاه روی سطح ماه است. آیزاکمن همچنین از پیشرانش هستهای حمایت میکند و بهدنبال پروژههایی است که در چند سال آینده بتوان آنها را با هزینهای قابلقبول و احتمال موفقیت بالا به نتیجه رساند. اسکایفال با این اهداف همخوانی دارد.
یکی از پیشرفتهای اخیر در آزمایشهای زمینی، به ملخهای بزرگتر اسکایفال مربوط میشود. جو مریخ بسیار رقیق است و تنها حدود یک درصد چگالی هوای سطح زمین را دارد. بنابراین هلیکوپترهای مریخی برای تولید نیروی برآر (بالابر) باید ملخهای خود را بسیار سریعتر از هلیکوپترهای زمینی بچرخانند.
هلیکوپترهای سنگینتر نیز به نیروی برآر بیشتری نیاز دارند؛ به همین دلیل ملخهای اسکایفال بزرگتر از ملخهای اینجنیوتی خواهند بود؛ بدین معنی که نوک ملخهای هلیکوپترهای جدید هنگام چرخش در هوای مریخ با سرعت مافوق صوت حرکت خواهند کرد.
طراحان اینجنیوتی عمداً سرعت نوک ملخهای هلیکوپتر را زیر ماخ ۱ نگه داشته بودند، زیرا نگران بودند تیغهها در سرعتهای بالاتر متلاشی شوند. اما مهندسان امسال ملخهایی با ابعاد اسکایفال را در محفظه آزمایش قرار دادند و آنها را با سرعت حداکثری ماخ ۱٫۰۸ چرخاندند؛ بدون اینکه آسیبی به تیغهها وارد شود.
پومرانتز میگوید این آزمایش اعتماد مهندسان را به توانایی هلیکوپتر برای فعالیت در کارآمدترین حالت افزایش داده است. همچنین نشان میدهد اسکایفال میتواند مانور اصلی خود را انجام دهد؛ یعنی از کپسول ورود به جو مریخ خارج شود و مسیر خود را به سمت سطح زمین پیدا کند.
ناسا هنوز محل فرود اسکایفال را انتخاب نکرده است؛ اما جستوجوی آب یخزدهی زیرسطحی ممکن است هلیکوپترها را به مناطق نزدیکتر به کلاهکهای یخی دائمی قطبی مریخ بکشاند. مهندسان JPL و ارووایرونمنت نیز در حال کار روی پنل خورشیدی بزرگتر هستند تا تولید انرژی در مناطق عرض جغرافیایی بالا افزایش پیدا کند.
هنوز مشخص نیست دانشمندان دقیقاً چگونه از هلیکوپترها استفاده خواهند کرد. ممکن است پس از رسیدن به مریخ، هرکدام در جهتی متفاوت پرواز کنند یا حتی چند هلیکوپتر با همکاری یکدیگر مشاهدات هماهنگ انجام دهند.
با وجود هیجان پیرامون مأموریت اسکایفال، برنامه کاوش مریخ ناسا روزهای دشواری را سپری میکند.
ناسا پروژه بازگرداندن نمونههای سنگ و خاک مریخ به زمین را بهدلیل افزایش شدید هزینهها لغو کرد. یکی از برآوردهای مستقل، هزینه این پروژه را ۱۱ میلیارد دلار تخمین زده بود. مریخنورد پرسویرنس در سال ۲۰۲۱ روی مریخ فرود آمد تا نمونههایی را برای بازگرداندن احتمالی به زمین جمعآوری کند. هزینه همین مأموریت نیز تاکنون حدود سه میلیارد دلار برای ناسا بوده است.
همزمان، بودجه مأموریتهای علوم سیارهای ناسا درطول چند سال گذشته کاهش یافته و دولت ترامپ قصد دارد این بودجه را باز هم کاهش دهد. البته این به معنای مرگ برنامه کاوش مریخ نیست. ناسا در مأموریت روزالیند فرانکلین از آژانس فضایی اروپا مشارکت دارد؛ مریخنوردی که قرار است در سال ۲۰۲۸ پرتاب شود و با حفاری پوسته مریخ بهدنبال نشانگرهای زیستی بگردد.
همچنین دو مدارگرد کوچک در قالب مأموریت «اسکاپید» پس از پرتاب در سال گذشته راهی مریخ شدهاند تا برهمکنش جو مریخ با باد خورشیدی را بررسی کنند.
با وجود هیجان پیرامون مأموریت اسکایفال، برنامه کاوش مریخ ناسا روزهای دشواری را سپری میکند
راهبرد جدید ناسا برای کاوش آینده مریخ شباهت زیادی به رویکرد این سازمان در ماه دارد: خرید خدمات از شرکتهای تجاری. این رویکرد ممکن است در بلندمدت نتیجه بدهد، اما تجربه ناسا از مأموریتهای تجاری ماه نشان میدهد مسیر یادگیری بهویژه در زمینه سطحنشینها، احتمالاً دشوار خواهد بود. برنامه ماهنشینهای تجاری رباتیک ناسا با نام CLPS، پس از ۸ سال هنوز به بلوغ کامل نرسیده است.
راهبرد تجاری جدید ناسا برای مریخ اکنون در حال شکلگیری است. این سازمان در ژوئن با شرکت رلتیویتی اسپیس برای ساخت یک مدارگرد تجاری مریخ همکاری کرد. این فضاپیما قرار است چندین ابزار علمی را برای مرکز تحقیقات ایمز ناسا به مریخ ببرد. ناسا و رلیتیویتی هنوز جزئیات فنی یا مالی این توافق را اعلام نکردهاند.
ناسا همچنین بهتازگی برنده رقابت ساخت مدارگرد مخابراتی مریخ را اعلام کرد. این فضاپیما که قرار است به دست بلو ارجین ساخته شود ، با پیوستن به مدارگردهای دیگر ناسا، ظرفیت ارتباطی این سازمان برفراز مریخ را تقویت میکند تا ارتباط میان مراکز کنترل زمینی و مریخنوردهای پرسویرنس و کیوراسیتی برقرار بماند.
پومرانتز میگوید هرکدام از این مأموریتها میتوانند گزینهای برای انتقال هلیکوپترهای بیشتر به مریخ باشند. او میگوید آرزویش این است که در هر پنجره پرتاب مریخ، هلیکوپترهایی راهی این سیاره سرخ شوند و تقریباً هر سامانه دیگری که قرار است به سطح یا حتی مدار مریخ برود، بتواند حامل هلیکوپتر نیز باشد.
به گفته او، بالگردها قابلیتهای جذابی برای جامعه علمی و در آینده برای کاوش انسانی مریخ ایجاد میکنند؛ اما تحقق این چشمانداز به این بستگی دارد که انتقال آنها به مریخ ساده باشد: بالگردها باید همیشه آماده باشند، مطابق برنامه حرکت کنند و هزینه زیادی روی دست مأموریت نگذارند.
بهگفتهی پومرانتز، هلیکوپترها کاوشگرهای منطقهای بسیار خوبی هستند. اسکایفال میتواند در هر پرواز بیش از یک کیلومتر جابهجا شود و شاید در برخی عرضهای جغرافیایی مریخ، در آینده امکان بیش از یک پرواز در روز نیز وجود داشته باشد. البته این الزاماً به معنای اجرای چنین برنامهای در همین هلیکوپترهای مشخص نیست؛ بلکه نشان میدهد فناوری پهپادهای مریخی اساساً چه ظرفیتهایی برای کاوش این سیاره فراهم میکند.