ارتش کاوشگرهای مینیاتوری؛ حمایت ناسا از طرحی بلندپروازانه برای کاوش حلقه‌های زحل

کاسینی، آخرین مأموریت بزرگ ناسا به زحل، در پایان مأموریت خود در سقوطی آتشین وارد جو این غول گازی شد. این فضاپیما با ثبت داده‌های دقیق درجا از سامانه‌ی زحل، اطلاعاتی به دست آورد که از هر مأموریت دیگری پیش یا پس از آن دقیق‌تر بود. بااین‌حال، یکی از بخش‌های مهم این سامانه همچنان از دسترس مستقیم کاسینی خارج ماند: حلقه‌های زحل.

به‌گزارش یونیورس‌تودی، اکنون ناسا می‌خواهد این حلقه‌ها را از فاصله‌ای بسیار نزدیک بررسی کند. ناسا به‌تازگی در قالب کمک‌هزینه‌ی «مرحله‌ی اول مؤسسه‌ی ناسا برای مفاهیم پیشرفته» (NIAC)، از طرحی برای اعزام دسته‌ای متشکل از ۱۰هزار «فمتوست» به حلقه‌های زحل حمایت مالی کرده است؛ ماهواره‌های بسیار کوچک و کم‌ارزشی که می‌توان از‌دست‌رفتن تعدادی از آن‌ها را در جریان مأموریت پذیرفت.

حلقه‌های زحل عمدتاً از یخ آب و مواد سنگی تشکیل شده‌اند و اندازه‌ی ذرات آن‌ها از دانه‌های میکروسکوپی تا قطعاتی به بزرگی خانه متغیر است. با وجود دستاوردهای کاسینی، دانشمندان هنوز پاسخ قطعی برای پرسش‌هایی درباره‌ی سن دقیق حلقه‌ها و سازوکار برخورد و ادغام ذرات یخی آن‌ها ندارند.

بررسی مستقیم حلقه‌ها نیز با خطر قابل‌توجهی همراه است. کاسینی در چند مدار پایانی خود از فضای میان حلقه‌ها و سیاره عبور کرد، اما ورود به خود حلقه‌ها می‌توانست فضاپیما را در معرض برخورد با قطعات سرگردان یخ قرار دهد و این کاوشگر چندمیلیارد دلاری را تنها در چند ثانیه نابود کند.

برنامه‌ریزان منطقی مأموریت هرگز چنین ریسکی را برای فضاپیمای چندمیلیارددلاری خود نمی‌پذیرند؛ به همین دلیل، کاسینی حتی در آستانه‌ی پایان مأموریتش نیز مستقیماً وارد حلقه‌ها نشد. اما اگر به‌جای یک فضاپیما، ۱۰هزار ماهواره‌ی همسان در اختیار داشته باشید، از‌دست‌رفتن تعدادی از آن‌ها دیگر هزینه‌ی غیرقابل‌قبولی نخواهد بود.

حتی اگر چند هزار فمتوست نیز از بین بروند، هزاران نمونه‌ی دیگر همچنان می‌توانند به مأموریت ادامه دهند. همین ایده، اساس طرح مرحله‌ی اول NIAC با عنوان «منظومه‌های فمتوستی هدایت‌پذیر فعال برای کاوش درجا در حلقه‌ها، جو و مگنتوسفر زحل» است.

دکتر مایکل روبن‌استین، پژوهشگر اصلی پروژه، از متخصصان شناخته‌شده‌ی رباتیک گروهی در جهان است. شناخته‌شده‌ترین پروژه‌ی او احتمالاً «کیلوبات» است؛ سامانه‌ای متشکل از بیش از هزار ربات کوچک که می‌توانند به‌صورت خودمختار با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و شکل‌های پیچیده‌ای بسازند.

روبن‌استین با به‌کارگیری همین دانش در زمینه‌ی رباتیک کوچک و هماهنگ در فضا، وارد حوزه‌ی فمتوست‌ها شد. ناسا در ژوئیه‌ی ۲۰۲۶ این طرح را به‌عنوان یکی از ۱۸ طرح مفهومی مرحله‌ی آغازین معرفی کرد.

فناوری فمتوست دیگر صرفاً ایده‌ای روی کاغذ نیست. در سال ۲۰۱۹، مأموریت کیک‌ست ۲، ۱۰۵ فمتوست از نوع «اسپریت» را در مدار پایین زمین مستقر کرد و نشان داد که این ماهواره‌های کوچک می‌توانند با ایستگاه‌های کنترل زمینی ارتباط برقرار کنند. بااین‌حال، فمتوست‌های این مأموریت به سامانه‌ی پیشرانش مجهز نبودند و مسیر حرکتشان عملاً تحت‌تأثیر جو زمین قرار داشت. اما در طرح روبن‌استین قرار است هر ۱۰هزار فمتوست از نوعی سامانه‌ی هدایت فعال برخوردار باشند؛ قابلیتی که حتی در عنوان طرح نیز به آن اشاره شده است.

البته، فعلاً مشخص نیست سازوکار دقیق سامانه‌ی هدایت چه خواهد بود. گزینه‌های مطرح‌شده از میکروپیشران‌ها تا مهارهای الکترومغناطیسی را شامل می‌شوند که می‌توانند از میدان مغناطیسی آشفته‌ی زحل بهره بگیرند. بااین‌حال، وجود پیشرانش فعال به این مأموریت توانایی‌هایی را می‌دهد که با فضاپیمای منفرد امکان‌پذیر نیست. هزاران فمتوست می‌توانند وارد حلقه‌ها شوند و نخستین داده‌های درجا از رفتار جنبشی ذرات آن‌ها را ثبت کنند؛ داده‌هایی که می‌توانند به پاسخ پرسش‌های دیرینه درباره‌ی زمان شکل‌گیری حلقه‌ها نیز کمک کنند.

هم‌زمان، هزاران فمتوست دیگر نیز می‌توانند وارد بخش‌های مختلف جو فوقانی زحل شوند و در نقاط گوناگون آن به‌طور هم‌زمان داده جمع‌آوری کنند؛ رویکردی که می‌تواند به پیش‌بینی دقیق‌تر وضعیت جوی این سیاره کمک کند. هزاران فمتوست دیگر نیز می‌توانند میدان مغناطیسی زحل را از مدارها و ارتفاع‌های مختلف زیر نظر بگیرند و تصویری جامع‌تر از رفتار آن ارائه دهند.

با وجود کاربردهای احتمالی، به‌نظر می‌رسد حلقه‌ها هدف اصلی ناسا در طرح تازه باشند. آژانس فضایی آمریکا حتی برای دستیابی به هدفی مشابه با رویکردی کاملاً متفاوت، از یک برنامه‌ی دیگر NIAC نیز پشتیبانی مالی کرده است.

طرحی به سرپرستی مکرو کوادریلی از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، فضاپیمای مادری را پیشنهاد می‌کند که برفراز سامانه‌ی حلقه‌ها شناور بماند و با استفاده از یک بازوی مجهز به هدایت هوش مصنوعی، به‌صورت «تماس و عبور» نمونه‌هایی از حلقه‌ها جمع‌آوری کند؛ روشی که پژوهشگران ارائه‌دهنده‌ی طرح آن را به حرکت ماهی‌گیر در هنگام صید تشبیه کرده‌اند. این مأموریت که «کاوش خودمختار حلقه‌های سیاره‌ای با نمونه‌برداری درجا» (PRAXIS) نام دارد، نشان می‌دهد ناسا تا چه اندازه به بررسی نزدیک حلقه‌های زحل علاقه‌مند است.

بنابراین، در بهترین حالت، چنین مأموریتی احتمالاً تازه در دهه‌ی ۲۰۴۰ عملیات علمی خود را آغاز خواهد کرد. بااین‌حال، هدف NIAC دقیقاً حمایت از همین ایده‌های بلندپروازانه و پرریسکی است که ممکن است چند دهه بعد به نتیجه برسند. در این میان، اگر چنین سرمایه‌گذاری‌هایی به پیشرفت‌های چشمگیر در رباتیک گروهی نیز منجر شوند، دستاورد آن فراتر از مأموریت به زحل خواهد بود.