مریخنورد: چشم، گوش و دست دانشمندان در سیاره سرخ
مریخنورد چیست و چرا میسازندش؟
تصور کن میخواهی درباره حیاط همسایهات تحقیق کنی، اما حق ورود به آن خانه را نداری. سادهترین کار این است که یک ماشین کنترلی کوچک با یک دوربین به آنجا بفرستی! مریخنورد هم دقیقاً همین کار را در مقیاس باورنکردنی انجام میدهد. مریخنورد یک خودروی خودکار یا نیمه خودکار است که بعد از فرود بر روی مریخ به حرکت درمیآید و سطح سیاره را کاوش میکند. برخلاف سطحنشینهای ساکن که فقط از یک نقطه خاص عکس میگیرند، مریخنورد این مزیت بزرگ را دارد که میتواند مساحت بیشتری را بررسی کند و به سمت سنگها یا مناطق جالبتر هدایت شود.
هدف از ساخت و فرستادن این رباتهای گرانقیمت و پیچیده به فاصله چند ده میلیون کیلومتری، پاسخ به چند سوال کلیدی است: آیا مریخ روزی دارای آب جاری بوده؟ آیا هرگز حیات، حتی به شکل میکروسکوپی، در آنجا شکل گرفته؟ شرایط جوی و زمینشناسی آن چگونه است؟ و مهمتر از همه، آیا میتوان روزی فضانوردان را به آنجا فرستاد؟ مریخنوردها ابزارهایی هستند که به این سوالات، نه با حدس و گمان، بلکه با دادههای علمی و نمونههای واقعی پاسخ میدهند.
| نام مریخنورد | کشور/سازمان | سال فرود | یک دستاورد کلیدی |
|---|---|---|---|
| سوجورنر (Sojourner) | ناسا (آمریکا) | 1997 | اولین مریخنورد موفق؛ اثبات امکان حرکت ربات روی مریخ |
| روح (Spirit) و فرصت (Opportunity) | ناسا (آمریکا) | 2004 | تأیید وجود آب مایع در گذشته مریخ |
| کنجکاوی (Curiosity) | ناسا (آمریکا) | 2012 | کشف محیطی در دهانه گیل که روزی برای حیات میکروبی مناسب بوده |
| استقامت (Perseverance) | ناسا (آمریکا) | 2021 | جمعآوری نمونه سنگ برای آوردن به زمین و جستجوی مستقیمتر حیات |
| ژورونگ (Zhurong) | سازمان فضایی چین | 2021 | اولین مریخنورد موفق چین؛ بررسی گسترده در دشت یوتوپیا |
مریخنورد از سر تا پنجه: با اجزای یک ربات کاوشگر آشنا شو
یک مریخنورد موفق مانند «کنجکاوی»، مجموعهای شگفتانگیز از فناوریهاست که هر کدام وظیفه خاصی دارند. درک این بخشها راحت است اگر آن را به بدن یک انسان تشبیه کنیم.
مغز و چشمها: مغز مریخنورد یک کامپیوتر بسیار مقاوم در برابر تشعشات است. چشمهایش انواع دوربینها هستند: دوربینهای ناوبری برای دیدن مسیر و اجتناب از موانع، و دوربینهای علمی برای عکسبرداری با کیفیت بالا و حتی فیلمبرداری از سطح مریخ. برخی دوربینها مانند «کمکم» (ChemCam) روی کنجکاوی، حتی میتوانند با شلیک یک لیزر به سنگها از فاصله دور و تحلیل نور ایجادشده، عناصر شیمیایی آن را تشخیص دهند! این مانند آن است که بتوانی از آن سوی کلاس، ترکیب گچ تخته را فقط با نگاه کردن به آن حدس بزنی.
بازو و دستها: مریخنورد یک بازوی رباتیک مکانیکی دارد که در انتهای آن یک «دست» چندکاره قرار گرفته است. این دست میتواند سنگها را با یک برس تمیز کند، با یک مته قدرتمند در آنها سوراخ ایجاد کند (تا عمق 5 سانتیمتر)، و نمونههای پودرشده را بردارد و به آزمایشگاه داخلی منتقل کند.
آزمایشگاه شیمی سیار: در دل مریخنوردهایی مانند کنجکاوی، یک آزمایشگاه کوچک اما کامل جاسازی شده. نمونههای جمعآوری شده توسط بازو، به این آزمایشگاه منتقل میشوند. ابزارهایی مانند «سَم» (SAM) و «شمین» (CheMin) وجود مولکولهای آلی (بلوکهای سازنده حیات) و نوع کانیهای موجود در سنگ را تحلیل میکنند.
پاها و قلب تپنده: برای حرکت در زمینهای ناهموار مریخ، از یک سیستم شش چرخه با سیستم تعلیق ویژه استفاده میشود که به ربات اجازه میدهد از موانع بلند عبور کند. منبع انرژی این رباتها هم بسیار مهم است. برخی مانند «روح» و «فرصت» از صفحات خورشیدی استفاده میکردند. اما مریخنوردهای بزرگتر مثل کنجکاوی، یک باتری اتمی (مولد ترموالکتریک رادیوایزوتوپ) دارند که از واپاشی یک ماده رادیواکتیو، برق و گرما تولید میکند و سالها بدون نیاز به نور خورشید کار میکند.
از طراحی تا فرود: چطور یک مریخنورد ساخته و هدایت میشود؟
سفر یک مریخنورد از زمین تا سیاره سرخ، یک عملیات فوقالعاده پیچیده و پرمخاطره است. این فرآیند را میتوان در چند مرحله کلیدی خلاصه کرد:
۱. طراحی و ساخت: مهندسان ابتدا بر اساس مأموریت (مثلاً جستجوی حیات یا جمعآوری نمونه)، ابزارهای علمی مورد نیاز را انتخاب میکنند. سپس شاسی، سیستم تعلیق، سیستم ارتباطی و منبع انرژی را حول این ابزارها طراحی و میسازند. این مرحله سالها طول میکشد.
۲. پرتاب و سفر بین سیارهای: مریخنورد داخل یک کپسول محافظ، بر روی یک موشک قدرتمند سوار میشود و به فضا پرتاب میشود. سفر تا مریخ، با توجه به موقعیت نسبی دو سیاره، بین 6 تا 8 ماه طول میکشد.
۳. «هفت دقیقه وحشت» و فرود: این مرحله، دشوارترین بخش مأموریت است. وقتی فضاپیما به مریخ میرسد، باید از سرعت باورنکردنی حدود 20،000 کیلومتر بر ساعت در جو بالا، به سرعت صفر روی سطح برسد و همه اینها فقط در هفت دقیقه اتفاق میافتد. برای این کار از ترکیبی از سپر حرارتی، چتر نجات غولپیکر و راکتهای فرود استفاده میشود. مریخنورد «کنجکاوی» حتی از یک سیستم «جرثقیل آسمانی» منحصربهفرد استفاده کرد که آن را با طنابهایی نایلونی به آرامی روی سطح فرود آورد.
۴. کاوش و کنترل از راه دور: پس از فرود، کنترل مریخنورد بر عهده تیمی از دانشمندان و مهندسان در زمین است. اما یک مشکل بزرگ وجود دارد: تأخیر ارتباطی. ارسال یک فرمان از زمین به مریخ و دریافت پاسخ، بسته به فاصله سیارات، بین 4 تا 24 دقیقه طول میکشد! بنابراین، ربات نمیتواند مانند یک ماشین کنترلی زنده هدایت شود. مهندسان هر روز یک دستورالعمل دقیق (مثلاً «10 متر به جلو برو، سپس از سنگ سمت چپ عکس بگیر») را برای آن میفرستند و مریخنورد به طور خودکار آن را در طول روز مریخی اجرا میکند.
هوش مصنوعی: همکار تازه وارد در اکتشاف مریخ
در مأموریتهای جدید، هوش مصنوعی (AI)[n] نقش کمکراننده و همکار را برای مریخنوردها ایفا میکند. این فناوری کمک میکند ربات هوشمندتر و مستقلتر عمل کند. برای مثال، هوش مصنوعی به مریخنورد «کنجکاوی» کمک میکند تا به طور خودکار سنگهای جالب و مناسب برای آنالیز با لیزر را تشخیص دهد و انتخاب کند، بدون اینکه منتظر دستور زمین بماند. این کار سرعت کشفیات علمی را بالا میبرد.
یک نمونه پیشرفته و جالب، ربات شیمیدان ساخته دانشمندان چینی است. این ربات که بر پایه هوش مصنوعی طراحی شده، میتواند با استفاده از مواد موجود در خاک مریخ، کاتالیزورهای لازم برای تجزیه آب و تولید اکسیژن را کشف و بسازد. این یک گام بزرگ برای ماموریتهای انسانی آینده است، چون تولید اکسیژن در خود مریخ، هم برای تنفس فضانوردان و هم برای سوخت موشکها حیاتی است. جالب است که این ربات توانست در مدت دو ماه، کاری را انجام دهد که ممکن بود از یک شیمیدان انسان 2000 سال طول بکشد!
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. تمام مریخنوردها توسط تیمهایی از مهندسان و دانشمندان که در زمین مستقر هستند، کنترل میشوند. به دلیل فاصله زیاد، هیچ کنترل زندهای ممکن نیست. فرامین به صورت روزانه ارسال و ربات آنها را به طور خودکار اجرا میکند.
این پوشش، غالباً یک لایه نازک از طلا یا موادی مشابه نیست، بلکه یک ورق محافظ مخصوص به رنگ طلایی است. این ورق چند کار مهم انجام میدهد: عایقبندی حرارتی (مانند فلاسک چای)، محافظت در برابر تشعشعات مضر فضایی، و جلوگیری از الکتریسیته ساکن. رنگ روشن نیز به انعکاس گرمای اضافی کمک میکند.
متأسفانه خیر. هیچ مکانیکی در مریخ حضور ندارد! به همین دلیل است که قابلیت اطمینان در طراحی این رباتها از اهمیت فوقالعادهای برخوردار است. آنها را طوری میسازند که سالها در شرایط سخت دوام بیاورند. با این حال، مهندسان زمینی گاهی راهحلهای خلاقانهای پیدا میکنند. مثلاً وقتی چرخهای مریخنورد «روح» در خاک نرم گیر کرد، تیم کنترل با چرخاندن چرخها و مانورهای مختلف ماهها تلاش کردند تا آن را آزاد کنند.
پاورقی
[n1]ناسا (NASA): سازمان ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده آمریکا (National Aeronautics and Space Administration).
[n2]هوش مصنوعی (AI): هوش مصنوعی (Artificial Intelligence). به قابلیت یادگیری، تحلیل و تصمیمگیری ماشینها و رایانهها گفته میشود.
[n3]کاتالیزور (Catalyst): مادهای که سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش میدهد، بدون اینکه خودش مصرف شود.
