مستقیم تا مریخ (4)

( در سری مقاله های مستقیم تا مریخ به بررسی طرحی به همین نام پرداختیم و مراحل مختلف آن را معرفی کردیم. در این مطلب که آخرین نوشته از این مبحث است به بیان سرانجام  طرح فوق می پردازیم.)

در روزآمدسازی ماموریت طرح مبنا در سال 1377/1998 طراحان ناسا طرح پرتاب «مستقیم تا مریخ» را لغو و در عوض استراتژی «نیمه مستقیم تا مریخ» را انتخاب کردند. این کار نیاز به فراهم کردن پرتاب گری جدید و گران قیمت را برای حمل باری به وزن بیش از 200 تن به مریخ، کاهش می دهد. پرتاب گری 80 تنی، بار و مراحل سوخت را حمل می کند و به مداری پایین به دور زمین می برد، جایی که آنها به هم متصل و راهی مریخ می شوند. به این ترتیب، دست کم 6 پرتاب برای رساندن نخستین فضانوردان به مریخ لازم است.

ماموریت ناسا نسبت به «مستقیم تا مریخ» سخت افزارهای بیشتر و سنگین تری دارد، اما در اصل از همان رویکرد استفاده می کند و مانند «مستقیم تا مریخ» در اینجا هم ماموریت طرح مبنا کمک می کند تا کاوش در سیاره مریخ بسیار شدنی تر به نظر برسد. ناسا تخمینی رسمی از هزینه های این ماموریت طرح مبنا را اعلام نکرده، اما مسلما بسیار کمتر از ابتکار عمل 500 میلیارد دلاری بوش خواهد بود.

فرود بر مریخ
«مستقیم تا مریخ» و ماموریت طرح مبنای ناسا فقط خطوطی کلی هستند. هنوز باید بر جزییات بسیاری کار شود. یکی از تعیین کننده ترین آنها این است که چطور بار سنگین را یک تکه فرود بیاورند. مهندسان هوافضا این فرایند را EDL یا «ورود، فرود و نشستن» می نامند.

در حال حاضر، ناسا رسما بودجه ای برای تحقیقات درباره سفر سرنشین دار به مریخ تعیین نکرده است. اما دانشمندان و مهندسان در داخل و خارج از این سازمان مشغول بررسی چالش های مرتبط با EDL در مریخ هستند. چالش اساسی فرایند EDL کاهش سرعت از فراصوت تا ایست در کمتر از 10 دقیقه است. شکست این مرحله منجر به برخورد شدید فضاپیما با سطح مریخ، تولید دهانه ای جدید و افتادن بار در ته این دهانه می شود!

بیشتر بخش سخت کار در مرحله میانی آن، یعنی فرود اتفاق می افتد. به گفته رابرت منینگ، مهندس ارشد برنامه کاوش مریخ در آزمایشگاه جت پروپالشن ناسا (JPL) «شما در مدار، انرژی بسیار بالایی دارید که باید پیش از این که زیادی به سطح نزدیک شوید، آن را به کسری کوچک_کمتر از یک درصد_ کاهش دهید.»

فرود مریخ نشین فونیکس (ققنوس) در اردیبهشت 1387 نشان دهنده بیشترین حد فناوری امروز در فرود فضاپیما بر مریخ بود. «7 دقیقه وحشت» این فضاپیما بر فراز جو مریخ، حدود 125 کیلومتر بالاتر از سطح، آغاز شد. فونیکس با سرعت حدود 20 هزار کیلومتر بر ساعت از فضا وارد جو مریخ شد. مقاومت هوا در برابر سپر گرمایی آن سرعتش را تا حدود 1400 کیلومتر بر ساعت پایین آورد. سپس چتر نجاتی سرعت را به 400 کیلومتر بر ساعت رساند. پس از سقوط آزادی کوتاه، در ارتفاع 975 متری، فضاپیما موشک های فرودش را روشن کرد و بر سطح سیاره سرخ نشست، و همه این ها فقط 7 دقیقه طول کشید.

فناوری امروز EDL در سال 1390/2011 با فرود آزمایشگاه علوم مریخ (MSL)، به حد نهایی خود می رسد. جرم این آزمایشگاه روی زمین حدود 900 کیلوگرم خواهد بود. اما «مستقیم تا مریخ» و ماموریت طرح مبنای ناسا رویای حمل بار 30 تا 60 تنی را در سر دارند. با فناوری امروز EDL حتی نمی توانیم یک اتومبیل مینی مایر، با وزن کلی 1145 کیلوگرم را روی مریخ فرود بیاوریم چه برسد به کپسولی حاوی فضانورد.

منینگ و دیگر کارشناسان EDL بر این باورند که فرود انسان بر مریخ نیازمند فناوری های جدید است. «مستقیم تا مریخ» و ماموریت طرح مبنا هر دو برای فرود به چتر نجات متکی هستند. اما جو رقیق سیاره مریخ به این معنی است که این چتر باید خیلی بزرگ باشد و بتواند در سرعت فراصوت به سرعت باز شود بدون این که به هم پیچیده یا پاره شود. به گفته منینگ «به چتری به وسعت یک زمین فوتبال نیاز دارید. وقتی پهن شود به سادگی، زمین فوتبال فضانوردان را می سازد!»

فرود به شیوه آپولوها نیز که کاملا وابسته به موشک های فرود بود، مشکل آفرین است. فرود از مدار مریخ و نشستن بر سطح آن فقط با استفاده از موشک های فرود، به مقدار بسیار زیادی سوخت پیشران نیاز دارد.

کارشناسان EDL در ناسا و در جامعه محققان هوافضا گزینه های جدید طراحی مرحله فرود انسان بر سطح مریخ را به طوفان فکری گذاشته اند. برنده احتمالی وسیله ای است به نام کاهنده سرعت آیرودینامیک تورم پذیر فراصوت (SIAD). کیسه هوای عظیمی را تصور کنید به شکل گوی پردار بازی بدمینتون، طرح این فضاپیما نیز چیزی در همین حدود است.


مهندس هوافضا، رابرت براون و دانشجویان او در موسسه فناوری جورجیا در آتلانتا درباره موضوع شیوه های فرود آوردن بار سنگین با فناوری SIAD بسیار کار کرده اند. آن ها برای فرود آوردن 20 تن بار _ حدود 8.3 تن به وزن گرانشی مریخ _ با استفاده از کاهنده سرعت تورم پذیر و موشک های فرود برنامه های مفصلی طراحی کرده اند.

البته این کاهنده های سرعت همچنان بسیار بزرگند _ به طول 50 متر _ اما اصل مهندسی آن ها پذیرفتنی است. قابلیت تورم این وسیله باعث کاهش سرعت فضاپیما تا 720 کیلومتر بر ساعت می شود، سرعتی که از آن پس می توان از موشک های فرود برای مانور نهایی فرود و کاهش سرعت تا حد فرودی نرم استفاده کرد.

جرم بار قابل فرودی که در ماموریت های طرح مبنای اصلی ناسا ذکر شده تا 65 تن است. براون نسبت به ممکن بودن چنین فرودی، با هر کدام از شیوه هایی که او فعلا می شناسد، شکاک است. به نظر او فرود این همه بار _ که 100 برابر چیزی است که تا به حال با مریخ نشین های خودکار انجام داده ایم _کوششی عظیم می طلبد.

راه حل براون کاهش هر سری بار است. به گفته او «بهتر است بسته های باری به جرم 15 تن را هر دفعه فرود آوریم. به این ترتیب اندازه SIAD نیز کاهش می یابد و دیگر گزینه های فرود نیز امکان پذیرتر می شوند.»

به گفته زابرین «با توجه به فناوری امروز، سفر به مریخ کمتر از سفر سال 1961 به ماه چالش برانگیز است. اینکه دستهایمان را به نشانه تسلیم بالا ببریم و فقط بگوییم ما نمی توانیم، نشان می دهد که حالا از چیزی که قبلا بوده ایم کمتر شده ایم.»

مترجم:
شادی حامدی آزاد
به نقل از:مجله نجوم شماره 189