ربات‌های پرنده کروی؛ حمایت ناسا از طرحی مفهومی برای مطالعه تیتان، قمر زحل

تیتان، بزرگ‌ترین قمر زحل، سطحی عجیب و تا حدی شبیه زمین دارد؛ رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دریاهایی از متان و اتان مایع در آن دیده می‌شود و شواهدی از وجود ساختارهای کارستی و غارهای زیرزمینی نیز وجود دارد. حالا پژوهشگران قصد دارند ایده‌ای نو را بررسی کنند: آیا می‌توان ربات‌های پرنده‌ای ساخت که به این محیط‌های دشوار نفوذ کنند؟

ایده‌ی نوین دانشمندان که اسپارک (SPARK) نام دارد، یکی از طرح‌های منتخب مرحله‌ی اول برنامه‌ی «مفاهیم نوآورانه پیشرفته‌ی ناسا» یا NIAC در سال ۲۰۲۶ است. دنیل درو، استادیار دانشگاه هاوایی در مانوا، هدایت پروژه را بر عهده دارد. هدف او و همکارانش، طراحی ربات‌های پرنده‌ی کوچک و کروی‌شکلی است که بتوانند در غارها و زمین‌های کارستی تیتان پرواز کنند.

تیتان از نظر وجود مایعات و چرخه‌های سطحی، یکی از شبیه‌ترین جهان‌ها به زمین در منظومه شمسی است؛ البته مایعات سطح آن آب نیستند. دمای بسیار پایین این قمر باعث می‌شود متان و اتان بتوانند به شکل مایع در سطح آن جریان داشته باشند و دریاچه و دریا تشکیل دهند.

تیتان همچنین محیطی پیچیده دارد که می‌تواند شامل زمین‌های کارستی و غارهای زیرزمینی باشد. چنین مناطقی برای یک کاوشگر چرخ‌دار بسیار دشوار هستند، زیرا موانع و شکاف‌های سطحی می‌توانند مسیر حرکت آن را محدود کنند. در مقابل، یک وسیله پرنده می‌تواند از روی این موانع عبور کند و به نقاطی برسد که برای کاوشگرهای زمینی در دسترس نیستند.

پروژه‌ی اسپارک قرار نیست فعلاً چنین ربات‌هایی را راهی تیتان کند، بلکه در مرحله نخست، امکان‌پذیری ایده را بررسی می‌کند. در صورت موفقیت، پژوهشگران می‌توانند برای مرحله‌ی دوم برنامه NIAC درخواست حمایت کنند و طراحی را به سطح بالاتری از توسعه برسانند. نام اسپارک مخفف «پیشرانش حالت‌جامد برای شناسایی خودکار زمین‌های کارستی» است.

پژوهشگران قصد دارند چند پیشران EHD را روی بدنه ربات قرار دهند تا بتواند در جهات مختلف مانور دهد. نبود قطعات متحرک همچنین باعث می‌شود جریان هوای شدیدی به سمت پایین ایجاد نشود؛ موضوعی که برای مطالعه‌ی محیط اطراف ربات اهمیت دارد. به‌گفته‌ی ناسا، این پیشران‌ها ساختاری ساده، حالت‌جامد و عملکردی تقریباً بی‌صدا دارند.

اما چرا باید از چنین فناوری در تیتان استفاده کرد، در حالی که روی زمین چندان کارآمد نیست؟ پاسخ در ویژگی‌های جو تیتان نهفته است. جو این قمر بسیار متراکم‌تر از جو زمین است و شرایط آن می‌تواند به پیشرانش EHD کمک کند. برآورد پژوهشگران نشان می‌دهد این فناوری در شرایط جوی تیتان می‌تواند انرژی بسیار کمتری نسبت به وسایل پرنده متعارف برای ایجاد نیروی لازم مصرف کند. البته ایده هنوز در حد برآوردهای مهندسی است و یکی از اهداف اصلی پروژه، بررسی عملی همین مزیت است.

پروژه‌ی اسپارک اکنون ۹ ماه فرصت دارد تا امکان‌پذیری ایده را بررسی کند. پژوهشگران در این مدت باید آزمایش‌های اولیه را طراحی، عملکرد زیرسامانه‌های مختلف را بررسی و اثر شرایط بسیار سرد تیتان بر سامانه‌های ربات را مدل‌سازی کنند.

اگر نتایج مرحله اول امیدوارکننده باشد، پروژه می‌تواند وارد مرحله دوم NIAC شود که حداکثر دو سال ادامه دارد و فرصت بیشتری برای توسعه‌ی مفهوم فراهم می‌کند. بنابراین، ربات‌های اسپارک در حال حاضر طرحی پژوهشی هستند، نه کاوشگرهای آماده برای پرتاب. ناسا نیز تأکید می‌کند پروژه‌های مرحله اول NIAC هنوز مأموریت‌های رسمی این سازمان محسوب نمی‌شوند.

زمان‌بندی پروژه با مأموریت دراگون‌فلای ناسا نیز ارتباط دارد. دراگون‌فلای یک کاوشگر پرنده‌ی بزرگ است که ناسا قصد دارد برای مطالعه‌ی تیتان به این قمر بفرستد. پرتاب مأموریت در حال حاضر برای سال ۲۰۲۸ برنامه‌ریزی شده است؛ اما اسپارک به‌دلیل قرارداشتن در مراحل ابتدایی توسعه، احتمالاً برای همراهی با دراگون‌فلای آماده نخواهد شد. اگر زمان‌بندی دراگون‌فلای تغییر کند، فرصت بیشتری برای بررسی استفاده از فناوری‌های جدید فراهم خواهد شد.

دنیل درو سال‌ها است روی پیشرانش الکتروهیدرودینامیکی کار می‌کند. او در دوران تحصیلات تکمیلی خود در دانشگاه کالیفرنیا برکلی، به بررسی وسایل پرنده کوچک و روش‌های غیرمتعارف تولید نیروی رانش پرداخت. درو در این مسیر با نمونه‌های آزمایشی موسوم به «لیفتر» آشنا شد؛ سازه‌های ساده‌ای که با اعمال ولتاژ بسیار بالا می‌توانند نیروی رانش ایجاد کنند. او سپس ایده را در پژوهش‌های دانشگاهی دنبال کرد و به ساخت ربات‌های پرنده‌ی بسیار کوچک با پیشران یونی روی آورد.

پژوهش‌های پیشین درو شامل ساخت و آزمایش نمونه‌هایی در مقیاس سانتی‌متر و توسعه‌ی عملگرهای الکتروهیدرودینامیکی در ابعاد بسیار کوچک بوده است. او همچنین اخیراً از طراحی و برخاستن یک میکروهاورکرافت مجهز به پیشران یونی خبر داده است.

بااین‌حال، خود درو درباره‌ی محدودیت بزرگ این فناوری تردید ندارد: پیشرانش EHD روی زمین بازده پایینی دارد. او معتقد است بدون پیشرفت اساسی، این فناوری نمی‌تواند برای بیشتر هواگردهای زمینی با پیشران‌های متعارف مانند ملخ و موتور جت رقابت کند. همین محدودیت است که تیتان را به محیطی جذاب برای آزمایش این فناوری تبدیل می‌کند. اگر شرایط جوی این قمر بتواند ضعف اصلی EHD را تا حد زیادی جبران کند، سامانه‌ای که روی زمین کاربرد محدودی دارد، ممکن است در جهانی دیگر به فناوری مفیدی برای اکتشاف تبدیل شود.

تیم اسپارک در پایان مرحله نخست قرار است نتایج بررسی‌های خود را در قالب گزارشی جامع منتشر کند. اگر نتایج نشان دهند که ایده از نظر فنی عملی است، مراحل بعدی می‌توانند مسیر را برای توسعه نمونه‌های پیشرفته‌تر هموار کنند. فعلاً اما فاصله میان طرح روی کاغذ و رباتی که واقعاً در غارهای تیتان پرواز کند، بسیار زیاد است.