رازهای نو مریخ نورد کنجکاوی؛ از کندوهای اسرارآمیز تا چرخ های تکه تکه شده
به گزارش گردشیا، مریخ نورد کنجکاوی (Curiosity) بار دیگر دانشمندان را شگفت زده نموده. این کاوشگر خستگی ناپذیر که سال هاست روی خاک سرخ سیاره همسایه قدم می زند، به تازگی تصاویری از یک پهنه عجیب و شبیه به کندوی عسل ارسال نموده است. ساختارهای چندضلعی شکلی که تا چشم کار می نماید کشیده شده اند و فکر پژوهشگران را به خود مشغول نموده اند. اما در میان این همه شور و شوق علمی، یک تصویر دیگر هم از سوی کاوشگر به زمین مخابره شد که لبخند را روی لب مهندسان ناسا خشکاند؛ تصویری از چرخ های خود مریخ نورد که بدجور آسیب دیده اند و بدنه فلزی شان شکاف خورده است.
در این نوشته قرار است به بررسی این موضوع بپردازیم که ساختارهای کندویی مریخ چگونه شکل گرفته اند، آیا سنگ های سیاه اطراف آن ها اثراتی از شهاب سنگ های فضایی هستند و از همه مهم تر، ناسا چگونه می خواهد از فاصله چند صد میلیون کیلومتری، چرخ های آسیب دیده کنجکاوی را تعمیر یا حتی قطع کند؟ آیا اختلال در حرکت چرخ ها می تواند ماموریت این کاوشگر ارزشمند را به انتها برساند یا مهندسان زمین باز هم راهی هوشمندانه برای دور زدن این بن بست پیدا می نمایند؟
???? لیست بخش های این نوشته
(کلیک کنید)
- کشف چندضلعی های مرموز در پهنه سرخ گیل
- سنگ های سیاه فضایی و راز آب رفته در خاک مریخ
- استهلاک چرخ های آلومینیومی و کوشش ناسا برای نجات
- مانورهای پایکوبی با سنگ؛ نحوه بریدن چرخ در اعماق فضا
- چرا الگوریتم های هوشمند چرخ های رباتیک را نجات دادند؟
- تفاوت آلیاژ چرخ های کنجکاوی با مریخ نورد استقامت چیست؟
- اگر تمام چرخ ها از کار بیفتند کنجکاوی چه می گردد؟
کشف چندضلعی های مرموز در پهنه سرخ گیل
مریخ نورد کنجکاوی در ادامه مسیر پیاده روی طولانی خود در منطقه دره گرانده (Valle Grande) به نقطه ای رسید که از زاویه دید مداری، روشن تر و هموارتر از بقیه جاها به نظر می رسید. زمانی که کاوشگر به این ناحیه رسید، اعضای تیم راهنمایی نماینده با تماشا تصاویر ارسالی شوکه شدند. پیش روی روبات، دریایی از الگوهای چندضلعی منظم قرار داشت که شباهت عجیبی به ساختار کندوی عسل داشتند. این الگوهای منظم هندسی روی زمین مریخ تا فاصله ای که چشم دوربین های روبات کار می کرد، پهن شده بودند.
وسعت این ساختارها بسیار بیشتر از موارد مشابهی بود که کاوشگر در سال های گذشته دیده بود. دانشمندان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) اعلام کردند که ابعاد این چندضلعی ها بین 4 تا 8 سانتی متر است. حتی روی دامنه تپه های کوچک صخره ای منطقه مانند تپه 6 متری میرافلورس (Miraflores) نیز این ترک های هندسی منظم دیده می شدند. مقدار گیری ترکیب شیمیایی و شکل این عوارض نشان می دهد که احتمالا خشک شدن گل ولای قدیمی یا چرخه های انقباض و انبساط ناشی از سرما و گرمای شدید، آب را از رسوبات بیرون کشیده و این شبکه هندسی را خلق نموده است.
سنگ های سیاه فضایی و راز آب رفته در خاک مریخ
در کنار این شبکه چندضلعی، خرده سنگ های تیره رنگی روی خاک مریخ (Regolith) پراکنده شده بودند. جو مریخ بسیار رقیق تر از زمین است و نمی تواند جلوی برخورد سنگ های سرگردان فضایی را بگیرد. به همین علت، برخورد شهاب سنگ ها به پوسته مریخ دائما قطعات صخره ای را به هوا پرتاب می نماید. این سنگ های تیره ممکن است بر اثر برخوردهای دوردست از دهانه گیل (Gale Crater) به این نقطه پرت شده باشند یا حتی تکه هایی از شهاب سنگ های بیرون از سیاره باشند.
بررسی نمونه های مشابه در مسیر کنجکاوی نشان داده بود که بعضی از این سنگ های شناور حاوی عنصر نیکل هستند. وجود نیکل در شهاب سنگ ها بسیار رایج است اما در سنگ های بومی مریخ کمتر دیده می گردد. دانشمندان هنوز در حال تحلیل داده ها هستند تا معین نمایند چه سهمی از این سنگ ریزه ها منشا فضایی دارند. درک این مسئله به بازسازی تاریخچه برخوردهای کیهانی و تحولات جوی مریخ یاری شایانی خواهد نمود.
استهلاک چرخ های آلومینیومی و کوشش ناسا برای نجات
تصاویری که کنجکاوی از خودش گرفت، نگاه ها را از کشف علمی مجذوب کننده به سمت شرایط نگران نماینده ابزارهای حرکتی روبات جلب کرد. چرخ آلومینیومی سمت راست و عقب کاوشگر به شدت دچار دندانه دندانه شدن و شکاف های عمیق شده است. آلومینیوم چرخ ها به مرور زمان تحت فشار سنگ های تیز و سخت مریخ لایه لایه شکاف خورده و اجزای داخلی چرخ به وضوح دیده می شوند. این آسیب ها نتیجه 14 سال حرکت روی زمین های ناهموار سیاره سرخ است.
مهندسان ناسا برای مقابله با این استهلاک شدید، راهکارهای مختلفی پیاده نموده اند. اولین اقدام، مسیریابی هوشمندانه تر و عبور از زمین های نرم تر بود. در گام بعدی، آپدیت نرم افزاری متفاوتی روی سیستم کنترل کشش کاوشگر نصب شد. این الگوریتم با سنجش تغییرات سیستم تعلیق در لحظه، نقطه تماس هر چرخ با سنگ را محاسبه می نماید و سرعت چرخش را جابه جا می نماید تا از لغزش و فشار مضاعف روی تیغه های برجسته چرخ (Grousers) جلوگیری گردد (این روش روی کاغذ بی نقص است اما لبه های تیز سنگ های مریخ رحم چندانی ندارند).
مانورهای پایکوبی با سنگ؛ نحوه بریدن چرخ در اعماق فضا
اگر استهلاک چرخ به حدی برسد که تیغه های آن کاملا بشنمایند، تکه های رها شده آلومینیومی می توانند به کابل های برق داخل چرخ آسیب بزنند و کلا سیستم حرکتی را از کار بیندازند. ناسا برای چنین شرایط بحرانی یک نقشه جایگزین جسورانه طراحی نموده است: جدا کردن بخشٰهای کنده چرخ آسیب دیده با یاری صخره های مریخ. آزمایش های انجام شده روی نمونه شبیه سازی شده روی زمین نشان می دهد کنجکاوی می تواند حتی بدون بخشی از چرخ به حرکت خود ادامه دهد.
برای این کار دو مانور ویژه آزمایش شده است که حرکت چرخشی و فریاد (Twist and Shout) و مانور پنجه کفتاری (Pigeon Toe) نام دارند. در این روش ها، روبات چرخ شکسته را گیر می اندازد و با اعمال گشتاور شدید به سه چرخ دیگر، بخش اضافی و خطرناک چرخ آسیب دیده را کنده و جا می گذارد. این کار باعث می گردد ریسک قطعی سیم کشی ها به صفر برسد و روبات بتواند بدون گیر کردن اجزای فلزی به مسیر خود ادامه دهد.
چرا الگوریتم های هوشمند چرخ های رباتیک را نجات دادند؟
خیلی از افراد تصور می نمایند کندی حرکت مریخ نوردها به خاطر ضعیف بودن موتور آن هاست، اما واقعیت این است که کندی حرکت به علت ضریب اطمینان و پردازش داده های زمین شناسی مسیر است. الگوریتم نو کنترل کشش ناسا ثابت کرد که نرم افزار می تواند طول عمر سخت افزارهای مکانیکی را تا چند سال افزایش دهد. وقتی یک چرخ روی سنگ تیزی قرار می گیرد، فشار روی آن به طور ناگهانی بالا می رود. الگوریتم هوشمند با کم کردن سرعت آن چرخ و انتقال نیرو به چرخ های دیگر، از سوراخ شدن آلومینیوم جلوگیری می نماید.
این تجربه ارزشمند به ناسا یاد داد که در ساخت کاوشگرهای بعدی نباید به طراحی های استاتیک بسنده کند. روبات های فضایی باید بتوانند شرایط فیزیکی خود را بپایند و بر اساس مقدار خرابی قطعات، طرز راه رفتن و توزیع وزن خود را تغییر دهند. سیستم تعلیق کنجکاوی حالا طوری رفتار می نماید که کمترین بار روی چرخ های زخمی بیفتد.
تفاوت آلیاژ چرخ های کنجکاوی با مریخ نورد استقامت چیست؟
خرابی چرخ های کنجکاوی درس بزرگی برای مهندسان ناسا بود. چرخ های کنجکاوی از آلومینیوم ساخته شده اند و ضخامت دیواره آن ها تنها حدود 0.75 میلی متر است؛ یعنی ضخامتی در حد کارت اعتباری. این دیواره باریک برای کاهش وزن کلی کاوشگر انتخاب شده بود، اما سنگ های بادخورده و تیز مریخ مانند چاقو آن را بریده اند. این چالش نشان داد که تست های روی زمین نتوانسته بودند مقدار تیز بودن سنگ های مریخ را به درستی شبیه سازی نمایند.
به همین علت، در مریخ نورد استقامت (Perseverance) که بعدها به مریخ فرستاده شد، طراحی چرخ ها به کلی تغییر کرد. چرخ های استقامت دارای آج های متراکم تر، عرض کمتر و ضخامت بیشتر هستند و از آلیاژ مقاوم تری بهره می برند. این تغییرات باعث شده که استقامت بدون ترس از پارگی لاستیک های فلزی اش، با سرعت بیشتری روی صخره های تیز حرکت کند.
اگر تمام چرخ ها از کار بیفتند کنجکاوی چه می گردد؟
حتی اگر بدترین سناریو اتفاق بیفتد و کنجکاوی توان حرکتی خود را به طور کامل از دست بدهد، ماموریت آن به انتها نخواهد رسید. این روبات به یک ایستگاه تحقیقاتی ثابت تبدیل خواهد شد. کنجکاوی دارای یک بازوی رباتیک، مته، لیزر تجزیه شیمیایی و آزمایشگاه کوچک داخل بدنه است. این ابزارها برای بررسی خاک و سنگ های اطراف به حرکت احتیاجی ندارند.
مریخ نورد اینسایت (InSight) یا کاوشگرهای وایکینگ سال ها بدون داشتن حتی یک چرخ، داده های گرانبهایی از زلزله ها و جو مریخ به زمین فرستادند. بنابراین کنجکاوی حتی در صورت زمین گیر شدن، تا زمانی که مولد هسته ای آن (RTG) برق فراوری می نماید، به بررسی نمونه ها و مخابره داده های علمی به زمین ادامه خواهد داد.
جمع بندی نهایی
کشف الگوهای چندضلعی در مریخ نشان می دهد این سیاره سرخ تاریخچه پویا و پر از آب و گل ولای داشته است. از سوی دیگر، تصاویر چرخ های خردشده کنجکاوی یادآوری می نماید که محیط مریخ تا چه حد برای ابزارهای ساخت بشر خشن و بی رحم است. با این حال، ترکیبی از نرم افزارهای هوشمند، مدیریت مسیر و مانورهای مبتکرانه مهندسان ناسا اجازه نداده است که استهلاک مکانیکی، جلوی فتوحات علمی را بگیرد. کنجکاوی ثابت کرد با مهندسی دقیق و انعطاف پذیری در شرایط بحران، می توان فرسنگ ها دورتر از زمین، ابزارهای در حال فروپاشی را همچنان فعال و مولد نگه داشت.
منبع: یک پزشک