مریخ‌نوردهای ناسا نمادی از پیشرفت فناوری و کنجکاوی بشری برای کاوش سیاره سرخ هستند. از اولین مریخ‌نورد کوچک Sojourner در سال 1997 تا Perseverance پیشرفته در سال 2021، این ربات‌ها اطلاعات بی‌سابقه‌ای درباره مریخ ارائه کرده‌اند.
همه چیز درباره مریخ‌نورد ناسا
مریخ‌نوردهای ناسا ربات‌های خودکاری هستند که برای کاوش سطح مریخ، جمع‌آوری داده‌های علمی و آزمایش فناوری‌های جدید طراحی شده‌اند. این ربات‌ها، که توسط آزمایشگاه پیش‌رانش جت (JPL) ناسا ساخته می‌شوند، مجهز به ابزارهای علمی مانند دوربین‌ها، طیف‌سنج‌ها و مته‌ها هستند تا سنگ‌ها، خاک و جو مریخ را بررسی کنند. از سال 1997، ناسا پنج مریخ‌نورد موفق (Sojourner، Spirit، Opportunity، Curiosity و Perseverance) را به مریخ فرستاده که هر یک مأموریت‌های متفاوتی از جمله جست‌وجوی شواهد آب، حیات باستانی و آماده‌سازی برای مأموریت‌های انسانی داشته‌اند. این مریخ‌نوردها با تحمل شرایط سخت مریخ، مانند دمای زیر صفر و طوفان‌های گردوغبار، دانش ما را از سیاره سرخ متحول کرده‌اند.
چگونه مریخ‌نورد فرود می‌آید؟
فرود مریخ‌نورد، معروف به «هفت دقیقه وحشت»، یکی از پیچیده‌ترین مراحل مأموریت است. مریخ‌نورد با سرعت 20000 کیلومتر بر ساعت وارد جو نازک مریخ می‌شود و باید در عرض هفت دقیقه به سرعت صفر برسد. فرآیند ورود، نزول و فرود (EDL) شامل سپر حرارتی برای تحمل دمای 2100 درجه سانتی‌گراد، چتر مافوق صوت برای کاهش سرعت و مانور «جرثقیل آسمانی» (Skycrane) برای پایین آوردن مریخ‌نورد با کابل است. Perseverance از فناوری Range Trigger و Terrain-Relative Navigation برای فرود دقیق در دهانه Jezero استفاده کرد، که خطر برخورد با موانع را کاهش داد. دوربین‌ها و میکروفون‌های EDL در Perseverance برای اولین بار تصاویر و صداهای فرود را ثبت کردند.
تاریخچه مریخ‌نوردهای ناسا از Sojourner تا Perseverance
ناسا کاوش مریخ با مریخ‌نورد را با Sojourner در سال 1997 آغاز کرد، یک ربات کوچک 10.6 کیلوگرمی که بخشی از مأموریت Mars Pathfinder بود و توانایی حرکت روی سطح مریخ را اثبات کرد. در سال 2004، مریخ‌نوردهای دوقلوی Spirit و Opportunity به مریخ رسیدند و شواهد قاطعی از وجود آب مایع در گذشته مریخ یافتند. Opportunity با پیمودن 45.16 کیلومتر، رکورد مسافت را ثبت کرد. Curiosity در سال 2012 در دهانه Gale فرود آمد و با ابزارهای پیشرفته‌تر، شواهد محیط‌های قابل سکونت باستانی را تأیید کرد. Perseverance، که در سال 2021 در دهانه Jezero فرود آمد، پیشرفته‌ترین مریخ‌نورد ناسا است که نمونه‌های سنگ و خاک را برای بازگشت به زمین جمع‌آوری می‌کند و با هلیکوپتر Ingenuity، پرواز کنترل‌شده روی سیاره دیگر را آزمایش کرد.
مأموریت تاریخی مریخ‌نورد ناسا
مریخ‌نوردهای ناسا بخشی از برنامه اکتشاف مریخ (Mars Exploration Program) هستند که برای درک تاریخچه زمین‌شناسی، جو و پتانسیل حیات مریخ طراحی شده‌اند. مأموریت‌های تاریخی مانند Mars Pathfinder (1997) راه را برای مریخ‌نوردهای بزرگ‌تر باز کرد. Spirit و Opportunity (2004) شواهد آب مایع را تأیید کردند، در حالی که Curiosity (2012) ترکیبات آلی و محیط‌های قابل سکونت را کشف کرد. Perseverance (2021) با جمع‌آوری نمونه برای مأموریت Mars Sample Return و آزمایش تولید اکسیژن با ابزار MOXIE، گامی به سوی مأموریت‌های انسانی برداشت. این مأموریت‌ها با هزینه‌های چند میلیارد دلاری، مانند 2.7 میلیارد دلار برای Perseverance، نشان‌دهنده تعهد ناسا به کاوش سیاره‌ای هستند.
چرا ناسا مریخ را هدف قرار داد؟
مریخ به دلیل شباهت‌هایش به زمین، مانند وجود دره‌ها، کوه‌ها و شواهد آب مایع در گذشته، هدف اصلی ناسا بوده است. دانشمندان معتقدند مریخ در میلیاردها سال پیش گرم‌تر و مرطوب‌تر بوده و ممکن است میزبان حیات میکروبی بوده باشد. دهانه‌هایی مانند Jezero، که Perseverance در آن کاوش می‌کند، زمانی دریاچه و دلتای رودخانه‌ای داشتند، که محیط‌هایی ایده‌آل برای حفظ نشانه‌های حیات هستند. علاوه بر این، مریخ به‌عنوان مقصدی برای مأموریت‌های انسانی در آینده، به‌ویژه در برنامه Artemis ناسا، اهمیت دارد. کاوش مریخ همچنین فناوری‌هایی مانند تولید اکسیژن و شناسایی منابع زیرسطحی را آزمایش می‌کند که برای اقامت انسان ضروری‌اند.
مریخ‌نوردها چگونه ساخته می‌شوند؟
ساخت مریخ‌نورد فرآیندی پیچیده است که در آزمایشگاه پیش‌رانش جت (JPL) انجام می‌شود. ابتدا، طراحی بر اساس مأموریت‌های قبلی مانند Curiosity برای Perseverance بهینه می‌شود تا هزینه‌ها کاهش یابد. مریخ‌نوردها در اتاق‌های تمیز (Clean Rooms) مونتاژ می‌شوند تا از آلودگی میکروبی جلوگیری شود، زیرا این آلودگی می‌تواند نتایج جست‌وجوی حیات را مخدوش کند. اجزا شامل شاسی آلومینیومی، چرخ‌های مقاوم، بازوی رباتیک و ابزارهای علمی مانند طیف‌سنج‌ها و دوربین‌ها هستند. برای مثال، Perseverance دارای 23 دوربین و دو میکروفون است. آزمایش‌های گسترده در محیط‌های شبیه‌سازی‌شده مریخ، مانند محفظه‌های خلأ و زمین‌های سنگی، دوام مریخ‌نورد را تضمین می‌کنند. این فرآیند برای Perseverance بیش از 2.2 میلیارد دلار هزینه داشت.
چالش‌های کنترل از راه دور
کنترل مریخ‌نورد از زمین به دلیل فاصله 55 تا 400 میلیون کیلومتری مریخ چالش‌برانگیز است. تأخیر سیگنال رادیویی بین 4 تا 24 دقیقه، کنترل بلادرنگ را غیرممکن می‌کند. مهندسان JPL دستورات روزانه را بر اساس داده‌های دریافتی از مریخ‌نورد برنامه‌ریزی می‌کنند، که شامل مسیرهای حرکت و عملیات ابزارها است. مریخ‌نوردها از سیستم‌های خودکار مانند Terrain-Relative Navigation برای اجتناب از موانع استفاده می‌کنند. برای مثال، Perseverance از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای انتخاب مسیر ایمن بهره می‌برد. قطع ارتباط، مانند آنچه در طوفان گردوغبار 2018 برای Opportunity رخ داد، می‌تواند مأموریت را مختل کند. این چالش‌ها نیاز به طراحی‌های قوی و برنامه‌ریزی دقیق دارند.
تأمین انرژی در سطح مریخ
مریخ‌نوردها برای تأمین انرژی در محیط خشن مریخ به سیستم‌های قابل اعتماد نیاز دارند. Sojourner، Spirit و Opportunity از پنل‌های خورشیدی استفاده کردند، اما گردوغبار مریخی می‌تواند پنل‌ها را بپوشاند، همان‌طور که باعث پایان مأموریت Opportunity در سال 2018 شد. Curiosity و Perseverance از ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ چندمنظوره (MMRTG) استفاده می‌کنند که با گرمای حاصل از تجزیه پلوتونیوم-238 برق تولید می‌کنند. MMRTG برای Perseverance حدود 110 وات برق پایدار فراهم می‌کند و عمر عملیاتی 14 ساله دارد. این سیستم، که توسط آزمایشگاه ملی آیداهو تأمین شده، مریخ‌نورد را در دماهای زیر صفر (-128 درجه سانتی‌گراد) گرم نگه می‌دارد و ابزارهای علمی را فعال می‌کند.
تفاوت مریخ‌نورد با ماه‌نورد
مریخ‌نوردهای ناسا، مانند Perseverance، برای محیط خشن مریخ با جو نازک (96% دی‌اکسید کربن) و دماهای پایین طراحی شده‌اند، در حالی که ماه‌نوردها، مانند نمونه‌های برنامه آپولو، برای خلأ کامل ماه و تغییرات دمایی شدید (127 تا -173 درجه سانتی‌گراد) ساخته شده‌اند. مریخ‌نوردها از فناوری‌های پیشرفته مانند MMRTG یا پنل‌های خورشیدی برای تأمین انرژی استفاده می‌کنند، اما ماه‌نوردها در مأموریت‌های آپولو از باتری‌های نقره-روی بهره می‌بردند. مریخ‌نوردها خودکار و مجهز به ابزارهای علمی برای جست‌وجوی حیات هستند، در حالی که ماه‌نوردها برای حمل فضانوردان و تجهیزات طراحی شدند. فاصله زیاد مریخ نیاز به کنترل از راه دور پیشرفته‌تری نسبت به ماه‌نوردها دارد، که با تأخیر سیگنال کمتری کنترل می‌شدند.
پشت پرده فناوری مریخ‌نورد Perseverance
Perseverance، پیشرفته‌ترین مریخ‌نورد ناسا، بر پایه طراحی Curiosity ساخته شده اما با فناوری‌های نوین ارتقا یافته است. این مریخ‌نورد 1026 کیلوگرمی دارای بازوی رباتیک 2.1 متری برای نمونه‌برداری، 23 دوربین برای ناوبری و تصویربرداری، و دو میکروفون برای ضبط صداهای مریخ است. ابزارهایی مانند SHERLOC و PIXL ترکیبات معدنی و آلی را تحلیل می‌کنند، در حالی که MOXIE اکسیژن از جو مریخ تولید می‌کند. سیستم ناوبری خودکار با هوش مصنوعی موانع را شناسایی می‌کند و چرخ‌های آلومینیومی بهبودیافته دوام بیشتری دارند. Perseverance همچنین حامل هلیکوپتر Ingenuity بود که پرواز کنترل‌شده روی مریخ را اثبات کرد. این فناوری‌ها برای مأموریت‌های انسانی آینده حیاتی هستند.
اهمیت رباتیک در اکتشافات فضایی
رباتیک قلب اکتشافات فضایی ناسا است، زیرا امکان کاوش محیط‌های خطرناک بدون حضور انسان را فراهم می‌کند. مریخ‌نوردها مانند ربات‌های زمین‌شناس عمل می‌کنند و با ابزارهایی مانند مته‌ها، دوربین‌ها و طیف‌سنج‌ها داده‌های علمی جمع‌آوری می‌کنند. فناوری‌های رباتیک، مانند بازوهای رباتیک Perseverance یا سیستم‌های خودکار ناوبری، دقت و کارایی را افزایش می‌دهند. رباتیک همچنین هزینه‌ها و خطرات مأموریت‌های انسانی را کاهش می‌دهد و امکان آزمایش فناوری‌هایی مانند تولید اکسیژن (MOXIE) را فراهم می‌کند. موفقیت هلیکوپتر Ingenuity نشان داد که ربات‌های پرنده می‌توانند مکمل مریخ‌نوردها باشند و دیدگاه‌های هوایی جدیدی ارائه دهند، که برای مأموریت‌های آینده مانند Dragonfly به تیتان حیاتی است.
معرفی مریخ‌نوردهای مهم ناسا
ناسا پنج مریخ‌نورد کلیدی را به مریخ فرستاده است:
- Sojourner (1997): اولین مریخ‌نورد ناسا، با وزن 10.6 کیلوگرم، در مأموریت Pathfinder تحرک رباتیک را اثبات کرد.
- Spirit و Opportunity (2004): مریخ‌نوردهای دوقلو که شواهد آب مایع را یافتند؛ Opportunity با 45.16 کیلومتر مسافت رکورددار است.
- Curiosity (2012): با وزن 899 کیلوگرم، ترکیبات آلی و محیط‌های قابل سکونت را در دهانه Gale کشف کرد.
- Perseverance (2021): با وزن 1026 کیلوگرم، نمونه‌هایی برای بازگشت به زمین جمع‌آوری می‌کند و فناوری‌هایی برای مأموریت‌های انسانی آزمایش می‌کند.
فناوری به‌کاررفته
فناوری‌های مریخ‌نوردهای ناسا شامل سیستم‌های پیش‌رانش، ابزارهای علمی و ارتباطات است. چرخ‌های آلومینیومی با سیستم تعلیق Rocker-Bogie امکان حرکت روی سطوح ناهموار را فراهم می‌کنند. ابزارهای علمی مانند طیف‌سنج APXS (در Spirit و Opportunity) و SHERLOC (در Perseverance) ترکیبات شیمیایی را تحلیل می‌کنند. سیستم‌های ارتباطی از آنتن‌های با بهره بالا و شبکه Deep Space Network برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند. Perseverance از فناوری Terrain-Relative Navigation برای فرود دقیق و ناوبری خودکار بهره می‌برد. ابزار MOXIE اکسیژن تولید می‌کند و MEDLI2 داده‌های ورود به جو را ثبت می‌کند. این فناوری‌ها با هزینه‌های بالا (مانند 243 میلیون دلار برای پرتاب Perseverance) توسعه یافته‌اند.
مأموریت Ingenuity در کنار مریخ‌نورد
هلیکوپتر Ingenuity، با وزن 1.8 کیلوگرم، به‌عنوان آزمایش فناوری همراه Perseverance به مریخ فرستاده شد. این ربات کوچک در 19 آوریل 2021 اولین پرواز کنترل‌شده روی سیاره دیگر را انجام داد و تا ژانویه 2024، 72 پرواز موفق را ثبت کرد. Ingenuity با پنل‌های خورشیدی و دو دوربین، مناطق صعب‌العبور مانند واحد Séítah را کاوش کرد و به Perseverance در برنامه‌ریزی مسیر کمک کرد. این هلیکوپتر با وجود آسیب به پره‌هایش در پرواز آخر، اثبات کرد که پرواز در جو نازک مریخ (1% چگالی زمین) امکان‌پذیر است. موفقیت Ingenuity راه را برای مأموریت‌های هوایی آینده، مانند Dragonfly به تیتان، باز کرد.
رازهای مریخ در چنگ مریخ‌نوردهای ناسا
مریخ‌نوردهای ناسا رازهای بسیاری از مریخ را فاش کرده‌اند. Sojourner سنگ‌های رسوبی را شناسایی کرد که نشان‌دهنده فعالیت آب بود. Spirit و Opportunity شواهد قاطعی از دریاچه‌ها و رودخانه‌های باستانی ارائه کردند. Curiosity ترکیبات آلی و متان را کشف کرد که می‌توانند نشانه‌های حیات باشند. Perseverance در دهانه Jezero، که زمانی دریاچه‌ای عظیم بود، سنگ‌هایی با نشانه‌های احتمالی بیوساینچرها (Biosignatures) جمع‌آوری کرده است. این نمونه‌ها، که ممکن است در مأموریت Mars Sample Return به زمین بازگردند، می‌توانند شواهد حیات باستانی را تأیید کنند. مریخ‌نوردها همچنین داده‌های جوی و اقلیمی را برای برنامه‌ریزی مأموریت‌های انسانی فراهم کرده‌اند.
چگونه مریخ‌نورد ناسا به دنبال حیات می‌گردد؟
مریخ‌نوردهای ناسا، به‌ویژه Perseverance، برای جست‌وجوی حیات میکروبی باستانی طراحی شده‌اند. Perseverance در دهانه Jezero، که 3.5 میلیارد سال پیش دریاچه و دلتا داشت، نمونه‌هایی از سنگ و خاک جمع‌آوری می‌کند. ابزارهایی مانند SHERLOC و PIXL ترکیبات آلی و معدنی را تحلیل می‌کنند تا نشانه‌های بیوساینچرها را شناسایی کنند. مته Perseverance نمونه‌های هسته‌ای را در لوله‌های مهر و موم‌شده ذخیره می‌کند که برای تحلیل دقیق‌تر به زمین بازگردانده خواهند شد. MOXIE با تولید اکسیژن، پتانسیل پشتیبانی از حیات انسانی را آزمایش می‌کند. این مریخ‌نورد همچنین داده‌های جوی و زمین‌شناسی را جمع‌آوری می‌کند تا شرایط گذشته مریخ را بازسازی کند و احتمال وجود حیات را ارزیابی کند.
منبع: ابرار صنعتی
