زمستان در راه است؛ هلی‌کوپتر مریخی ناسا برای مواجهه با فصل سرما در سیاره سرخ آماده می‌شود

اینجنیوتی، هلی‌کوپتر مریخی خودران ناسا، تنها برای انجام پنج پرواز ساخته شده بود؛ اما از زمان نخستین پرواز تاریخ‌ساز خود در فروردین سال گذشته، ۲۸ بار پرواز کرده و اکنون درحال آمادگی برای انجام پرواز ۲۹ام است. بسته به سطح گردوغبار و برنامه‌ی مریخ‌نورد پرسویرنس، این پرواز ممکن است در اواخر این هفته انجام شود. اما اکنون اینجنیوتی با چالش جدیدی رو‌به‌رو است: مشخص نیست که آیا هلی‌کوپتر از زمستان مریخ که در ماه ژوئیه آغاز می‌شود، جان سالم به در خواهد برد یا خیر.

ازآنجاکه یک سال مریخی تقریباً به اندازه‌ی دو سال زمینی طول می‌کشد و هلی‌کوپتر در نیمکره‌ی شمالی قرار دارد، این نخستین زمستان اینجنیوتی محسوب می‌شود. با نزدیک‌شدن به انقلاب زمستانی، روزها کوتاه‌تر و شب‌ها طولانی‌تر می‌شوند و احتمال وقوع طوفان‌های گردوغبار افزایش می‌یابد. تمام این وقایع به معنای نور خورشید کمتر برای صفحه‌های خورشیدی نصب‌شده در بالای پره‌های دوقلوی ۱۲۰ سانتی‌متری هلی‌کوپتر است. گردوغبار روی صفحه‌های خورشیدی به‌تازگی اتمام عملیات مریخ‌نشین اینسایت ناسا را ​​رقم زد و اعتقاد بر این است که تأثیر سرما بر تجهیزات الکترونیکی، در پایان‌بخشی به مأموریت مریخ‌نوردهای آپورچونیتی و اسپریت نقش داشت.

دیو لِیوری، مدیر برنامه‌ی ناسا برای هلی‌کوپتر مریخی اینجنیوتی، به وب‌سایت وایرد گفت: «ما معتقدیم که هلی‌کوپتر قابلیت زنده‌ماندن را دارد؛ اما هر روز اضافی یک هدیه است.» تدی زانتوس، سرپرست تیم اینجنیوتی در آزمایشگاه پیش‌رانش جت نیز به‌تازگی در یک پست وبلاگی ناسا نوشت: «هر روز مریخی می‌تواند آخرین روز اینجنیوتی باشد.»

ماه گذشته، اینجنیوتی برای مدت کوتاهی به دلیل کاهش عمر باتری که بیشتر آن برای گرمایش هلی‌کوپتر اختصاص می‌یابد، ارتباطش را با زمین قطع کرد. ناسا پس از دو روز تماس خود را با اینجنیوتی برقرار کرد؛ اما به دلیل کاهش سطح باتری به زیر ۷۰ درصد و کاهش مداوم دما، اینجنیوتی استفاده از گرمکن‌های داخل خود را در شب به حالت تعلیق درخواهد آورد تا برق را در طول زمستان چهار ماهه حفظ کند. گرمکن‌ها معمولاً زمانی شروع به کار می‌کنند که دما به زیر منفی ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد برسد. این عدد پس از کمبود برق باتری و قطع ارتباطات در ماه گذشته به منفی ۴۰ درجه کاهش یافت. دمای هوا در طول زمستان مریخ می‌تواند تا منفی ۸۰ درجه‌ی سانتی‌گراد در شب کاهش یابد و احتمال آسیب به وسایل الکترونیکی داخل هلی‌کوپتر افزایش یابد.

دوشنبه‌ی هفته‌ی گذشته، ناسا از خرابی یک حسگر خبر داد و پرواز ۲۹ام را به تأخیر انداخت. این اتفاق سازمان فضایی را ​​مجبور کرد تا بسته‌ای نرم‌افزاری روی هلی‌کوپتر بارگذاری و برای کنترل الگوریتم‌های ناوبری اینجنیوتی، به حسگری دیگر تکیه کند.

طوفان‌های گردوغبار ازجمله رویدادهای با تبعات چشمگیر هستند. مطالعه‌ای که در ماه مه توسط تیمی در دانشگاه هیوستون منتشر شد، داده‌های حسگرهای ناسا را ​​در طول چهار سال مریخی بررسی کرد و دریافت که عدم تعادل در انرژی خورشیدی و هوای گرم در جنوب، احتمال وقوع طوفان‌های گردوغبار عظیمی را افزایش می‌دهد که می‌توانند کل سیاره را بپوشانند. لیمینگ لی، دانشیار دانشگاه هیوستون می‌گوید بهار و تابستان به‌عنوان فصل طوفان شناخته می‌شوند؛ اما با نزدیک‌شدن نیم‌کره‌ی شمالی به انقلاب زمستانی، احتمال وقوع طوفان‌های شدید کاهش می‌یابد. بااین‌حال یک هشدار وجود دارد: این مطالعه برای کل سیاره است و هیچ منطقه‌ی خاصی را در نظر نمی‌گیرد. شرایط همچنین می‌تواند در دهانه‌ها نسبت به سایر سطوح متفاوت باشد و هلی‌کوپتر در دهانه‌ی یزرو به‌سر می‌برد.

لی، پاسخ به این سؤال را که آیا طوفان‌های گردوغبار بیشتری در راه است یا خیر، دشوار می‌داند. به‌گفته‌ی او «ارائه تصویری واضح از بودجه‌ی تابشی در دهانه یزرو قبل از اینکه واقعاً آن را اندازه‌گیری کنیم، دشوار است.»

ازآنجاکه اینجنیوتی فعالیت عادی پرواز را متوقف می‌کند، تیم بر انتقال داده‌هایی مانند گزارش عملکرد پرواز و تصاویر با وضوح بالا از هشت پرواز گذشته و ارتقای نرم‌افزار تمرکز خواهد کرد. براساس یک مدل آب و هوایی، ناسا انتظار دارد که سطح انرژی خورشیدی به میزانی بازگردد که امکان از سرگیری فعالیت‌های عادی در پاییز امسال را فراهم کند. تا سپتامبر یا اکتبر، اگر اینجنیوتی بتواند توانایی گرم‌کردن سامانه‌های خود در شب را دوباره به دست آورد، قادر خواهد بود پروازهای منظمش را از سر بگیرد، مکان‌های بالقوه‌ مناسب به‌منظور جمع‌آوری نمونه‌های سنگ و خاک را برای پرسویرنس جست‌وجو کند و آنچه را که دانشمندان معتقدند دلتای رودی باستانی در دهانه‌ی یزرو است، کاوش کند.

ازآنجاکه نخستین پرواز اینجنیوتی «لحظه‌ی برادران رایت در سیاره‌ای دیگر» نامیده شده است، مکان نخستین پرواز اکنون «میدان فرود برادران رایت» نامیده می‌شود. اینجنیوتی حتی نواری از پارچه‌ای را حمل می‌کند که برای پوشاندن بال‌های هواپیمای برادران رایت در سال ۱۹۰۳ استفاده می‌شد. اینجنیوتی یک هواپیما نیست و نمی‌تواند به دست انسان پرواز کند؛ زیرا بین ۵ تا ۲۰ دقیقه طول می‌کشد تا یک سیگنال رادیویی از زمین به مریخ برسد. درنتیجه اینجنیوتی باید از سامانه‌های پرواز کاملاً خودران بهره بگیرد و بدون حسگرهایی مانند لایدار که در هلی‌کوپترهای روی زمین و برخی از فضاپیماهای ناسا به کار رفته است، فعالیت کند. یک دوربین رو به پایین در تعیین موقعیت، سرعت و ارتفاع به اینجنیوتی کمک می‌کند.

ارتقاء سامانه‌های یادشده می‌تواند در طول خاموشی زمستانی هلی‌کوپتر انجام شود. لیوری در ایمیلی به وایرد نوشت: «اگر اینجنیوتی بتواند در اواخر سال جاری پس از پشت سر گذاشتن زمستان مریخ به عملیات خود ادامه دهد، تیم چندین ارتقاء برای سامانه‌ی پرواز در نظر دارد که قدرت سامانه را افزایش می‌دهند و قابلیت‌های ناوبری هلی‌کوپتر را بهبود می بخشند.»

به‌عنوان مثال، لیوری می‌گوید ناسا سامانه‌ی اجتناب از خطر خودکار خود را برای مناطق شناخته‌شده آزمایش خواهد کرد. شرایط برای پروازهای اولیه‌ی هلی‌کوپتر در مریخ نسبتاً بی‌خطر بود، اما ازآنجاکه اینجنیوتی تلاش می‌کند در مناطقی با موانع احتمالی بیشتر فرود آید، به‌کارگیری سامانه‌ی فعال هوش مصنوعی اجتناب از خطر در حال افزایش است. لیوری می‌گوید این سامانه‌ها همراه با سامانه‌ی پرواز اولیه‌ی اینجنیوتی ساخته شده‌اند؛ اما نه به‌عنوان بخشی از نسخه‌ای که از کیپ کاناورال در سال ۲۰۲۰ پرتاب شد.

ماه گذشته، پژوهشگران آزمایشگاه پیش‌رانش جت که به ایجاد سامانه‌های پرواز خودکار برای هلی‌کوپتر مریخی کمک کردند، پیشرفت‌های هوش مصنوعی را به‌منظور پیش‌بینی بهترین مکان برای فرود در یک منطقه‌ی ناشناخته در مواقع اضطراری به اشتراک گذاشتند. این نوع سامانه‌های فرود اضطراری در مأموریت‌های آینده ناسا مانند دراگون‌فلای، مأموریت سال ۲۰۲۷ برای ارسال یک کوادکوپتر به تیتان، قمر سیاره زحل به‌کار خواهند رفت.

پهپاد تیتانی که در سال ۲۰۳۵ به این قمر می‌رسد، مانند اینجنیوتی میلیون‌ها کیلومتر دور از زمین به پرواز درمی‌آید و باید بدون کمک انسان کار کند. برخلاف اینجنیوتی که زیر پرسیویرنس نصب شده بود، دراگون‌فلای کمی بیش از یک ساعت پس از رسیدن به تیتان پرواز خواهد کرد. این هلی‌کوپتر هنگام رسیدن به مقصد برای پرواز درمیان هوا از چتر نجات و پوسته‌ی پشتی خود جدا می‌شود تا مأموریت دو ساله‌اش برای جست‌وجوی حیات را با اتکا به انرژی هسته‌ای آغاز کند.

طرح سه‌بعدی از کوادکوپتر دراگون‌فلای ناسا.

درس‌های آموخته‌شده از اینجنیوتی همچنین ممکن است به برنامه‌ریزی مأموریت‌های آینده به مریخ کمک کند. مرکز تحقیقات ایمز ناسا و آزمایشگاه پیش‌رانش جت کار روی هلی‌کوپتر نسل دوم را دو سال قبل از رسیدن اینجنیوتی به سیاره سرخ آغاز کردند. لیوری اینجنیوتی را با سوجورنر، نخستین مریخ‌نورد فرستاده‌شده به مریخ که در سال ۱۹۹۷ فرود آمد، مقایسه می‌کند. پس از آن، تقریباً هر مأموریت سطحی به مقصد مریخ حامل یک مریخ‌نورد بوده است. لیوری می‌گوید ناسا امیدوار است که روندی مشابه در مورد اینجنیوتی اتفاق بیفتد و کاوش از هوا به بخشی استاندارد از مأموریت‌ها تبدیل شود.

پروژه ROAMX ناسا در حال طراحی بهبودهایی برای گنجاندن در هلی‌کوپتر بعدی است؛ مانند تغییراتی در پره‌ها که نیروی درگ را کاهش می‌دهد و می‌تواند هلی‌کوپتر را قادر سازد تا محموله‌ای علمی به وزن تقریباً ۹۰۰ گرم را در مسافت حدود ۶٫۴ کیلومتر حمل کند. سال گذشته در ارائه‌ای درباره‌ی پروازهای آینده به مریخ، هیلی کامینگز، پژوهشگر ارشد ناسا گفت اصلاحات کشف‌شده برای پره‌ها در پروژه‌ی ROAMX به «هلی‌کوپتر علمی مریخ» اضافه می‌شود؛ یک هگزاکوپتر ۳۰ کیلوگرمی با شش پره که می‌تواند با وجود از دست‌دادن یک پره به کار خود ادامه دهد. این پهپاد مفهومی برای نخستین بار در مقاله‌ای سفید در اوایل سال ۲۰۲۱ ارائه شد.

هواگردهای آزمایشی برای مریخ از بیش از دو دهه پیش در دست ساخت بوده‌اند. آن‌ها شامل هلی‌کوپتری به شکل آباژور، انبوهی از پهپادهای کوچک، گلایدر پرتاب‌شده با بالون هواشناسی و ماشین‌های دارای پره‌ی کج‌شده هستند که بین پرواز مانند هلی‌کوپتر یا هواپیما تغییر وضعیت می‌دهند. طرح‌های مفهومی آینده ممکن است مناطقی را کاوش کنند که مریخ‌نوردها نمی‌توانند به آن‌ها دسترسی پیدا کنند و در نهایت احتمال دارد ابزارها و وسایل را برای ساکنان مریخ حمل کنند.

دانشمندان مرکز تحقیقات ایمز در فکر ایستگاه‌های پایه خودکار و آشیانه‌های کوچک هواپیما به شکل صدف تاشو هستند تا از ماشین‌های پرنده دربرابر سرما و گردوغبار محافظت کنند و عمر آن‌ها را برای سال‌ها افزایش دهند. افزایش عمر پهپادها می‌تواند استفاده از این وسایل را فراتر از مأموریتی واحد گسترش دهد و به آن‌ها اجازه دهد تا بخشی از شبکه‌ای از ماشین‌های بزرگ و کوچکی شوند که می‌توانند کارهایی مانند کشف دالان‌های گدازه ، آتشفشان‌ها یا کلاهک‌های یخی انجام دهند. پیشرفت اشکال پرواز کاملاً خودکار می‌تواند برای هواپیماهای بدون سرنشین تجاری یا سامانه‌های پرواز روی زمین نیز کاربرد داشته باشد. امروزه پهپادها در مواقع اضطراری یا ازدست‌دادن انرژی معمولاً از جی‌پی‌اس و عملکرد بازگشت به خانه استفاده می‌کنند.

لیوری معتقد است که مهم‌ترین مأموریت اینجنیوتی در نخستین پرواز در فروردین ۱۴۰۰ انجام شد. این پرواز ۳۹ ثانیه‌ای ثابت کرد که انسان می‌تواند اصول آیرودینامیک را برای پرواز کنترل‌شده در سیاره‌ای دیگر به‌کار ببرد. لیوری می‌گوید: «هر پروازی که از آن زمان تاکنون انجام می‌شود و تمام داده‌هایی که با هر پرواز متوالی جمع‌آوری می‌کنیم، به ما کمک می‌کند این دانش را به مراتب بیشتر اصلاح کنیم.»

در بهترین حالت، در چهار پرواز اول بیشتر از چند ده متر پیموده نشد و هرکدام تقریباً یک دقیقه طول کشیدند. در پنجمین پرواز، اینجنیوتی جسارت به خرج داد و در نهایت بیش از ۱۲۰ متر پرواز کرد. سپس هلی‌کوپتر کمک به مأموریت کاوش زمین‌شناسی مریخ و جستجوی اشکال احتمالی حیات را آغاز کرد. به درخواست تیم علمی مریخ‌نورد پرسویرنس، اینجنیوتی از صخره‌های خط‌الراس فورتون در پایین دهانه یزرو که گمان می‌رود منشأ آتشفشانی داشته باشند، عکس‌هایی با وضوح بالا گرفت. اینجنیوتی بر فراز بخشی از منطقه‌ی سیتا نیز پرواز کرد و تصاویر و اطلاعاتی را ارائه داد که به‌گفته‌ی لوری، بدون وجود هلی‌کوپتر، دستیابی مریخ‌نورد پرسویرنس به آن‌ها امکان‌پذیر نبود.

در ماه آوریل، اینجنیوتی با سرعت ۱۹٫۳ کیلومتر بر ساعت در مسافتی به طول بیش از ۷۰۰ متر پرواز کرد. این پرواز که بیش از دو دقیقه به طول انجامید، به طولانی‌ترین و سریع‌ترین پرواز در سیاره‌ای دیگر تبدیل شد. اواخر همان ماه، اینجنیوتی موفق شد از چتر نجات و پوسته‌ی پشتی به‌کاررفته برای رساندن پرسویرنس به سطح مریخ‌نورد عکس‌برداری کند. ناسا می‌خواهد از این تصاویر برای اطمینان از فرودهای ایمن‌تر فضاپیماهای آتی استفاده کند.

لیوری می‌گوید نخستین زمستان اینجنیوتی چالشی خواهد بود که تیم هرگز انتظار نداشت با آن رو‌به‌رو شود؛ اما اکنون که آن‌ها نشان داده‌اند پرواز هلی‌کوپتر در مریخ امکان‌پذیر است، این پتانسیل وجود دارد که هواگردهای آتی به وسیله‌ای اساسی در مأموریت‌‌های آینده برای اکتشاف سایر اجرام آسمانی تبدیل شوند. لیوری می‌افزاید‌: «ما هنوز در مورد اینکه هواگرد بعدی دقیقاً چه باشد، تصمیم‌گیری نکرده‌ایم؛ اما تنها چیزی که درباره‌اش اطمینان دارم، این است که هواگرد بعدی وجود خواهد داشت.»