چرا رسیدن به مریخ این قدر دشوار است؟ راز «7 دقیقه وحشت»

عصرایران- مریخ نزدیک ترین همسایه زمین نیست، اما یکی از مهم ترین مقصدهای اکتشاف فضایی است. با این حال، رسیدن به آن به هیچ وجه کار ساده ای نیست. تاریخ اکتشاف مریخ پر از ماموریت هایی است که در مراحل مختلف شکست خورده اند؛ از پرتاب ناموفق و خطاهای ناوبری گرفته تا از دست رفتن ارتباط با فضاپیما و شکست هنگام فرود.

ناسا در گزارشی درباره فرود روی مریخ می گوید از 19 تلاش برای فرود رباتیک روی این سیاره، 12 مورد موفق بوده اند. به همین دلیل، فرود روی مریخ همچنان یکی از دشوارترین عملیات های مهندسی فضایی محسوب می شود.

اما چرا مریخ تا این اندازه سخت است؟

مسئله فقط فاصله نیست.

وقتی درباره سفر به مریخ صحبت می کنیم، اولین چیزی که به ذهن می رسد فاصله بسیار زیاد میان دو سیاره است. اما مشکل اصلی فقط پیمودن این فاصله نیست.

زمین و مریخ هر دو به دور خورشید حرکت می کنند و موقعیت آن ها نسبت به یکدیگر دائما تغییر می کند. بنابراین فضاپیما نمی تواند مستقیما به سمت جایی که مریخ در لحظه پرتاب قرار دارد حرکت کند. مسیر باید طوری محاسبه شود که فضاپیما ماه ها بعد، دقیقا در نقطه ای به مریخ برسد که سیاره در آن زمان قرار خواهد داشت.

به همین دلیل، پرتاب به سمت مریخ نیز به پنجره زمانی مناسبی نیاز دارد. این فرصت ها تقریبا هر 26 ماه یک بار فراهم می شوند؛ زمانی که هندسه مداری زمین و مریخ برای یک سفر نسبتا کارآمد مناسب است.

رسیدن به مریخ یک چیز است، فرود آمدن چیز دیگری

ممکن است تصور کنیم وقتی فضاپیما به مریخ رسید، بخش دشوار سفر تمام شده است. در واقع، برای یک فرودگر یا مریخ نورد، یکی از سخت ترین قسمت های ماموریت تازه آغاز می شود.

مریخ جو دارد، اما جو آن بسیار رقیق تر از جو زمین است. این موضوع یک مشکل مهندسی عجیب ایجاد می کند: جو مریخ به اندازه ای ضخیم هست که فضاپیما هنگام ورود با آن برخورد کند و به شدت گرم شود، اما آنقدر ضخیم نیست که بتوان مانند زمین تنها با استفاده از چتر نجات سرعت فضاپیما را به اندازه کافی کاهش داد.

بنابراین فضاپیما باید مجموعه ای از فناوری ها را پشت سر هم به کار بگیرد؛ از سپر حرارتی و چتر نجات گرفته تا موتورهای ترمزی و سامانه های هدایت دقیق.

«7 دقیقه وحشت»

یکی از مشهورترین اصطلاحات در اکتشاف مریخ، «7 دقیقه وحشت» است.

برای درک دلیل این نام کافی است به ماموریت مریخ نورد Perseverance نگاه کنیم. فضاپیما هنگام رسیدن به بالای جو مریخ حدود 20000 کیلومتر در ساعت سرعت دارد. از لحظه ورود به جو تا زمانی که مریخ نورد روی سطح قرار بگیرد، تنها حدود 7 دقیقه زمان وجود دارد.

در این مدت کوتاه، باید مجموعه بزرگی از رویدادها با ترتیب و زمان بندی بسیار دقیق انجام شوند: ورود به جو، کاهش سرعت، باز شدن چتر، جدا شدن سپر حرارتی، فعال شدن مرحله فرود و در نهایت قرار گرفتن مریخ نورد روی سطح.

اشتباه در هر یک از این مراحل می تواند کل ماموریت را نابود کند.

هیچ کس نمی تواند لحظه فرود را از زمین کنترل کند

یکی دیگر از مشکلات بزرگ، فاصله میان زمین و مریخ است.

سیگنال های رادیویی برای رسیدن از مریخ به زمین به بیش از 11 دقیقه زمان نیاز دارند. بنابراین اگر مشکلی در لحظه فرود رخ دهد، مهندسان روی زمین نمی توانند همان لحظه دستور اصلاحی برای فضاپیما ارسال کنند. زمانی که تیم کنترل زمینی از ورود فضاپیما به جو باخبر می شود، در واقع فضاپیما باید تمام مراحل فرود را پشت سر گذاشته باشد.

به همین دلیل، فضاپیما باید تقریبا تمام این فرایند را خودش انجام دهد.

چتر نجات به تنهایی کافی نیست

روی زمین، چتر نجات یکی از ساده ترین و موثرترین روش های کاهش سرعت است؛ اما جو مریخ این امکان را به شکل محدودی فراهم می کند.

در ماموریت Perseverance، فضاپیما ابتدا با استفاده از جو مریخ و سپر حرارتی بخش بزرگی از سرعت خود را کاهش داد. سپس چتر نجات باز شد و در مرحله پایانی، سامانه فرود با استفاده از موتورهای راکتی سرعت را کاهش داد و مریخ نورد را با کابل روی سطح قرار داد.

این روش که به Sky Crane یا «جرثقیل آسمانی» معروف است، یکی از فناوری های مهمی بود که برای فرود مریخ نوردهای بزرگ ناسا مورد استفاده قرار گرفت.

حتی انتخاب محل فرود هم یک چالش است

فرود سالم تنها به کاهش سرعت مربوط نمی شود. فضاپیما باید جایی فرود بیاید که هم از نظر علمی ارزشمند باشد و هم خطرات سطحی آن قابل مدیریت باشد.

برای Perseverance، محل فرود دهانه Jezero انتخاب شد؛ منطقه ای که نشانه هایی از یک دلتای رودخانه ای باستانی دارد، اما در عین حال شامل صخره ها، تپه های شنی، تخته سنگ ها و دهانه های برخوردی کوچک نیز هست.

برای رسیدن ایمن به چنین منطقه ای، Perseverance از فناوری Terrain-Relative Navigation استفاده کرد؛ سامانه ای که به فضاپیما اجازه می دهد هنگام فرود، عوارض سطحی زیر خود را تشخیص دهد و موقعیتش را نسبت به آن ها ارزیابی کند.

شکست های مریخی از همان ابتدا شروع شدند

مشکل فرود فقط مربوط به فضاپیماهای امروزی نیست. نخستین دهه های اکتشاف مریخ مملو از شکست بودند.

در سال 1964، فضاپیمای Mariner 3 نتوانست ماموریت خود را به درستی آغاز کند؛ پوشش محافظ آن جدا نشد و پنل های خورشیدی باز نشدند. اما تنها چند هفته بعد، Mariner 4 پرتاب شد و این بار ماموریت با موفقیت پیش رفت.

Mariner 4 در سال 1965 نخستین تصاویر نزدیک از مریخ را به زمین فرستاد و نگاه دانشمندان به این سیاره را تغییر داد.

این الگو در تاریخ اکتشاف مریخ بارها تکرار شده است: شکست یک ماموریت، بررسی علت آن، اصلاح طراحی و سپس تلاش دوباره.

رسیدن به سطح، پایان ماجرا نیست

حتی اگر یک فضاپیما با موفقیت روی مریخ فرود بیاید، کار تمام نشده است.

مریخ محیط بسیار سختی دارد؛ دمای پایین، گرد و غبار، تابش و زمین ناهموار همگی می توانند برای تجهیزات یک فضاپیما مشکل ایجاد کنند.

با این حال، بعضی ماموریت ها بسیار فراتر از انتظار اولیه دوام آورده اند. مریخ نورد Opportunity برای یک ماموریت اولیه 90 روزه مریخی طراحی شده بود، اما بیش از 14 سال روی سطح مریخ فعالیت کرد و سرانجام پس از یک طوفان جهانی گرد و غبار در سال 2018 ارتباط خود را از دست داد.

این نمونه نشان می دهد که حتی پس از موفقیت در دشوارترین مرحله یعنی فرود، بقا و فعالیت طولانی مدت روی مریخ خود یک چالش بزرگ است.

چرا با وجود این همه دشواری، باز هم به مریخ می رویم؟

پاسخ را باید در اهمیت علمی مریخ جستجو کرد.

سطح این سیاره نشانه های فراوانی از گذشته ای متفاوت را در خود حفظ کرده است؛ زمانی که آب مایع در آن جریان داشته و رودخانه ها و دریاچه هایی در سطح آن وجود داشته اند. به همین دلیل، مریخ یکی از مهم ترین مکان ها برای مطالعه گذشته سیاره ای و جستجوی نشانه های احتمالی حیات باستانی است.

مریخ نوردهای مختلف نیز هر کدام بخشی از این پازل را بررسی کرده اند و Perseverance علاوه بر مطالعه محیط مریخ، نمونه هایی از سنگ و خاک را برای بازگرداندن احتمالی به زمین جمع آوری و ذخیره کرده است.

دشوارترین بخش شاید همان چند دقیقه آخر باشد

یک فضاپیما ممکن است ماه ها در فضای میان سیاره ای سفر کند، اما سرنوشت ماموریت می تواند در چند دقیقه مشخص شود.

پس از ماه ها پرواز، فضاپیما باید با سرعتی نزدیک به 20000 کیلومتر در ساعت وارد جو مریخ شود، گرمای شدید ورود را تحمل کند، سرعتش را کاهش دهد، چتر را باز کند، مسیر خود را اصلاح کند و در نهایت سالم روی سطح بنشیند؛ آن هم در شرایطی که تیم زمینی نمی تواند لحظه به لحظه آن را کنترل کند.

شاید به همین دلیل باشد که رسیدن به مریخ را نباید فقط یک سفر فضایی دانست.

سفر به مریخ، آزمونی است که در آن ماه ها برای رسیدن به مقصد وقت دارید، اما برای سالم نشستن روی آن فقط چند دقیقه فرصت دارید.

تراکتور ۲ پیکان صفر؛ نکو با برد آغاز کرد

بیشتر بخوانید:

«هفت دقیقه وحشت»؛ چگونه ناسا کنجکاوی را سالم روی مریخ فرود آورد؟

تماشاخانه

پارتیا، افسانه «آن‌شیگائو»؛ سفر شاهزاده ایرانی به چین / سوغات او یک دین بود

ساعت ۸:۱۵ ششم اوت ؛ هیروشیما / وقتی شهر در دیگ قیر می‌جوشید

فیلم های دیگر