سفر ارزان به مریخ: دانشمندان درصدد دگرگونی دسترسی به سیاره سرخ هستند

با اینکه مقام‌های ناسا و آژانس فضایی اروپا و چین مأموریت‌هایی پرهزینه و پیچیده را برای نمونه‌برداری از خاک مریخ تدارک دیده‌اند، تعداد فزاینده‌ای از پژوهشگران روی روش‌های جدید و کم‌هزینه برای کاوش در سیاره‌‌ی سرخ متمرکزند. دانشمندان معتقدند با هلیکوپترهای بهینه یا سطح‌نشین‌ها و مدارپیماهای ارزان می‌توانند روش‌های جدیدی برای جمع‌آوری داده از دنیاهای دوردست ابداع کنند. بتانی ایلمان، دانشمند سیاره‌ای مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا در پاسادنا، سرپرستی پروژه‌ی فضاپیماهای کم‌هزینه را برعهده دارد. ایلمان می‌گوید:

مریخ مانند زمین شرایط متنوعی دارد و شرایط محیطی متفاوتی در هر نقطه حاکم است. به‌همین‌دلیل، به پژوهش‌های گسترده‌ای نیاز داریم و نقاط جالبی مثل والس مارینریس و پوشش‌های یخی قطبی برای بازدید وجود دارند. برای سیستمی به پیچیدگی مریخ باید پژوهش‌ها را گسترش داد و به‌کمک فناوری و الگوهای برنامه‌ریزی و همکاری‌های جدید، هزینه‌ی مأموریت‌های فضایی را کاهش داد. تعداد زیادی از کاوشگرهای سیار را در نظر بگیرید که در دانشگاه‌های سراسر جهان ساخته می‌شوند. در این صورت، دانشجویان انگیزه‌ی زیادی برای مشارکت‌های علمی و مهندسی پیدا می‌کنند.

رابرت لیلیز، معاون رئیس علوم سیاره‌ای و اخترزیست آزمایشگاه علوم فضایی دانشگاه کالیفرنیا، دراین‌باره می‌گوید:

ناسا همیشه سازمانی ریسک‌گریز بوده است. این نگرش کاملا درک‌کردنی است؛ زیرا مالیات زیادی پرداخته می‌شود.

لیلیز برنامه‌ی مأموریت‌های کوچک و نوآورانه‌ی ناسا (SIMPLEx) را تلاشی جسورانه برای کاهش هزینه‌های مأموریت‌های Discovery می‌داند. برنامه‌ی Discovery ناسا حامی تلاش‌های اکتشافی بلندپروازانه و نسبتا کم‌هزینه است. ناگفته نماند پوشش هزینه‌ی فعلی مأموریت اکتشافی تقریبا ۵۰۰ میلیون دلار است.

SIMPLEx همچنین مانند مسیریابی برای بررسی تبادل بین ریسک و هزینه عمل می‌کند. برای مثال، مأموریت EscaPADE‌ یکی از زیرشاخه‌های SIMPLEx است که وعده‌ی دستاوردهای علمی خوبی داده است. هزینه‌ی کلی این مأموریت مریخی که در سال ۲۰۲۶ به مدار سیاره‌ی سرخ خواهد رسید، کمتر از ۸۰ میلیون دلار است.

کاوشگرهای دوقلوی EscaPADE چشم‌اندازی منحصر‌به‌فرد را از سیستم پیچیده‌ی جو فوقانی مریخ ارائه خواهند داد. لیلیز، پژوهشگر ارشد این مأموریت می‌افزاید:

دو کاوشگر Blue و Gold مانند یک جفت چشم عمل می‌کنند که برای اولین‌بار به ما در درک واکنش آنی الگوهای جوی مریخی به طوفان‌ها و بادهای الکترومغناطیسی باد خورشیدی کمک می‌کنند. با اعمال رویکردهای NewSpace در توسعه‌ی فضاپیما می‌توانیم صورت‌هایی فلکی از ماهواره‌های کوچک را برای بررسی و نظارت بر جو مریخی با پوشش و دقتی بی‌سابقه بسازیم. همچنین، می‌توانیم تمام بخش‌های سیاره از سطح تا جو فوقانی را در طول یک روز ببینیم.

به‌عقیده‌ی لیلیز، آگاهی از موقعیت به دو دلیل برای محافظت از کاوشگران انسانی آینده مهم است: ۱. شناخت بهتر فشار هوای نزدیک به سطح و باد امکان ورود و فرود ایمن‌تر را فراهم می‌کنند؛ ۲. نظارت بر آب‌و‌هوا امکان پیش‌بینی دقیق آن را ازطریق همگون‌سازی داده‌ها می‌دهد. او می‌گوید:

منظور از اهمیت پیش‌بینی آب‌و‌هوا برای امنیت کاوشگرها، طوفان‌های گردوغبار منطقه‌ای یا سراسری است. طوفان‌های گردوغبار تولید توان خورشیدی و میدان دید را کاهش می‌دهند.

کاوشگر اینجنیوتی ناسا

طرح SHEILD یکی از فناوری‌های جدید برای فرود ارزان و ایمن روی سطح مریخ است که در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL) در کالیفرنیای جنوبی در دست بررسی است. به‌گفته‌ی لوییس گیرش، پژوهشگر اصلی SHEILD، این مأموریت شامل یک جذب‌کننده‌ی شوک و یک سطح نشین است. او بیان می‌کند:

SHEILD فضاپیمایی مثل مریخ‌نورد پرسیورنس را روی سطح مریخ فرود نمی‌آورد؛ بلکه به دانشمندان امکان بررسی سطح مریخ را درکنار مأموریت‌های بزرگ‌تر می‌دهد. هنوز در حال ارزیابی ابزارهای علمی این مأموریت هستیم؛ اما حسگرهای آب‌وهوایی و دوربین‌ها و طیف‌سنج‌ها را طراحی کرده‌ایم.

هدف شیلد کاهش هزینه‌های سطح‌نشین‌های مریخی با پیاده‌سازی مجموعه‌ای از مأموریت‌ها است. برای مثال، فناوری این کاوشگر به ناسا اجازه می‌دهد ربات‌های متعددی را در بازه‌های زمانی کوتاه روی سیاره‌‌ی سرخ فرود بیاورد. به‌گفته‌ی گیرش، محدودیت ظرفیت مأموریت شیلد از سطح‌نشین‌های معمولی مریخی بیشتر است. ظرفیت‌های حمل علمی باید فشرده و محکم باشند و نیز در خدمات اهدافی مثل دسترسی منظم به مریخ و کاهش هزینه‌ها باشند.

ناتان باربا، مهندس سیستم‌های SHIELD از JPL می‌گوید: «فرصت دسترسی منظم و کم‌هزینه به مریخ در این مأموریت به‌وجود آمده است.» زمینه‌ی چنین مأموریت‌هایی با کیوب‌ست‌های A و B پروژه‌ی Mars Cube One (MarCO) آغاز شد که اسامی مستعارشان به‌ترتیب EVE و WALL-E بود این کیوب‌ست‌‌ها در نوامبر ۲۰۱۸ پرواز موفقی برفراز مریخ کامل کردند. هزینه‌ی ساخت و پیاده‌سازی هر دو کیوب‌ست برای JPL به ۱۸/۵ میلیون دلار رسید. باربا اضافه می‌کند:

شیلد را می‌توان به‌صورت سطح‌نشینی واحد یا چند سطح‌نشین در یک پرتاب ارسال کرد. سطح‌نشین کم‌هزینه‌ای مثل SHIELD برای اولین‌بار امکان اندازه‌گیری یا اکتشافات مسیریابی برای دسترسی به اطلاعات دقیق را فراهم می‌کند که برای مأموریت‌های پرهزینه و بزرگ‌تر ضروری هستند. افزایش دسترسی به فضا هیجان‌انگیز است و فرصت‌های بیشتری برای اکتشافات علمی روی مریخ فراهم می‌کند. اگر گروه جدیدی از مأموریت‌های بین ‌سیاره‌ای کم‌هزینه به رونق برسند، می‌توان این پژوهش‌ها را بیش از این گسترش داد و فرصت را برای بسیاری از مهندسان و دانشمندان جدید و تازه‌کار فراهم کرد.

مأموریت‌های فضایی کوچک‌تر و کم‌هزینه‌تر می‌توانند به موازات کمپین بازگشت نمونه از مریخ فعالیت کنند. تغییر الگوی قابلیت و هزینه را می‌توان به بسیاری از معیارها مثل کاهش درجه‌ی بزرگی تا هزینه‌های پرتاب نسبت داد که با وسیله‌های نوظهور کوچک تا ابزارهای علمی دقیق محقق می‌شوند.

ایده‌های اکتشافی متعددی از پرواز‌های متعدد هلی‌کوپتر اینجنیوتی ناسا گرفته شد. اینجنیوتی توانست مهارت و فناوری خود را اثبات کند؛ اما در آینده چه اتفاقی خواهد افتاد؟ شانا ویترو میسر، سرپرت سیستم‌های حمل و نقل هلیکوپتر مریخ در مرکز پژوهش‌های آمس ناسا، درباره‌ی این موضوع می‌گوید:

پروازهای اینجنیوتی فراتر از حد تصورمان بودند. هر پرواز نکات بیشتری به ما آموخت و در‌هایی به‌سوی مأموریت‌های آینده باز کرد.

هلیکوپتر مریخی مرزهای طراحی و تست روی زمین را رد خواهد کرد.

طبق اعلام ویترو میسر، تعریف هلی‌کوپترهای آینده‌ی مریخی پروژه‌ای کاملا متفاوت است. او می‌گوید:

می‌توانیم کارهای جذابی با فناوری هلی‌کوپتری انجام دهیم؛ مثلا از هر نقطه‌ای که بخواهیم برخیزیم و اشیای مدنظر را بررسی کنیم.

هگزاکوپتر در آینده می‌تواند وارد جو مریخ شود و در سطح آن فرود بیاید. بررسی بسیاری از مشخصات و ساختارهای مریخ مثل پوشش‌های یخی قطبی و صخره‌های عمودی و آتشفشان‌ها برای مریخ‌نوردها دشوار است؛ اما هگزاکوپتر به‌راحتی ازپس این مأموریت برمی‌آید. همچنین، این دستگاه رگه‌های تیره‌ی مریخ را بررسی می‌کند که می‌توانند نشانه‌ی فعالیت آبی مایع باشند. افزون‌براین، می‌تواند از نماهای عمودی جو نقشه‌برداری کند و وارد لوله‌های گدازه‌ای شود. ویترو میسر می‌گوید:

پژوهشگران به‌دنبال استفاده از هلی‌کوپتر در اکتشافات هوایی هستند؛ هلی‌کوپتری که بتواند با سرعتی زیاد مسافت‌های بیشتری طی کند. پلتفرم‌های جدید می‌توانند واسطه‌ای برای انواع کارهای علمی باشند. فکر می‌کنم در موقعیت مناسبی برای بهره‌برداری از فرصت‌های آینده هستیم.