مریخنورد کنجکاوی (Curiosity Rover) یک کاوشگر رباتیک پیشرفته است که توسط ناسا طراحی و ساخته شده و در ۶ اوت ۲۰۱۲ بر سطح مریخ در دهانه گیل (Gale Crater) فرود آمد. این مریخنورد، بخشی از برنامه مریخنورد علمی ناسا (Mars Science Laboratory, MSL)، با هدف مطالعه زمینشناسی، جو، و امکان وجود حیات میکروبی در گذشته یا حال مریخ طراحی شده است. کنجکاوی با وزن حدود ۸۹۹ کیلوگرم، بزرگترین و پیچیدهترین مریخنورد تا زمان خود بود و مجهز به ابزارهای علمی پیشرفتهای است که دادههای بیسابقهای از سیاره سرخ ارائه کردهاند.
تا سال ۲۰۲۵، کنجکاوی بیش از ۱۲ سال در مریخ فعالیت کرده و اطلاعات ارزشمندی درباره تاریخچه آب، ترکیب خاک، و شرایط جوی سیاره جمعآوری کرده است، که درک ما از مریخ را متحول کرده است.
معرفی کلی مریخنورد کنجکاوی
مریخنورد کنجکاوی، با ابعاد ۳ متر طول، ۲.۷ متر عرض، و ۲.۲ متر ارتفاع، به اندازه یک خودروی کوچک است. این ربات با استفاده از یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG) تغذیه میشود که انرژی پایداری برای عملیات طولانیمدت فراهم میکند. کنجکاوی مجهز به ۱۷ دوربین، یک بازوی رباتیک، و مجموعهای از ابزارهای علمی برای تحلیل خاک، سنگ، و جو مریخ است. این مریخنورد برای بررسی امکان حیات میکروبی، مطالعه زمینشناسی، و آمادهسازی برای مأموریتهای انسانی آینده طراحی شده است.
کنجکاوی در دهانه گیل، که به دلیل شواهد زمینشناختی از وجود آب در گذشته انتخاب شد، کاوش میکند. این مریخنورد تا ژوئیه ۲۰۲۵ بیش از ۳۱ کیلومتر را طی کرده و صدها نمونه را تحلیل کرده است.
اهداف اصلی مأموریت Curiosity
مأموریت کنجکاوی چهار هدف علمی اصلی دارد:
- ارزیابی پتانسیل مریخ برای پشتیبانی از حیات میکروبی در گذشته یا حال با مطالعه ترکیبات آلی و شرایط محیطی
- تحلیل سنگها، خاک، و ساختارهای زمینشناختی برای درک تاریخچه سیاره
- بررسی ترکیب شیمیایی و تغییرات جوی برای درک تکامل آبوهوای مریخ
- اندازهگیری تشعشعات و شرایط محیطی برای ارزیابی خطرات برای فضانوردان آینده
این اهداف با استفاده از ابزارهای علمی پیشرفته کنجکاوی، مانند ChemCam و SAM، دنبال میشوند.
نحوه فرود مریخنورد بر سطح سیاره سرخ
فرود کنجکاوی، که به «هفت دقیقه وحشت» معروف است، از یک سیستم نوآورانه به نام جرثقیل آسمانی (Sky Crane) استفاده کرد. پس از پرتاب در ۲۶ نوامبر ۲۰۱۱ با موشک اطلس V، کنجکاوی در ۶ اوت ۲۰۱۲ وارد جو مریخ شد. سپر حرارتی آن را در برابر دمای ۲,۱۰۰ درجه سانتیگراد محافظت کرد. سپس چتر بزرگی سرعت را کاهش داد و جرثقیل آسمانی، که یک پلتفرم موشکی بود، کنجکاوی را با کابلهای نایلونی به آرامی روی سطح قرار داد. این روش، با دقت ۲۰×۷ کیلومتر در دهانه گیل، امکان فرود دقیق را فراهم کرد. این سیستم برای اولین بار آزمایش شد و موفقیت آن راه را برای مأموریتهای بعدی مانند استقامت (Perseverance) هموار کرد.
بررسی دما، رطوبت و تشعشعات روی مریخ
کنجکاوی با ابزار REMS (Rover Environmental Monitoring Station) دما، رطوبت، فشار جوی، و سرعت باد را اندازهگیری میکند. دمای مریخ در دهانه گیل از -۹۰ درجه سانتیگراد در شب تا ۲۰ درجه در روز متغیر است. رطوبت بسیار پایین است و معمولاً کمتر از ۲٪ گزارش شده، که نشاندهنده محیط خشک مریخ است. ابزار RAD (Radiation Assessment Detector) تشعشعات کیهانی و خورشیدی را اندازهگیری کرد و نشان داد که سطح تشعشع برای فضانوردان انسانی خطرناک است، معادل ۰.۶۶ سیورت در سال.
وضعیت فعلی مریخنورد کنجکاوی
تا ژوئیه ۲۰۲۵، کنجکاوی در سیزدهمین سال مأموریت خود قرار دارد و همچنان فعال است، با بیش از ۴,۲۰۰ روز مریخی (Sol) فعالیت. این مریخنورد در حال کاوش دامنههای کوه شارپ (Aeolis Mons) در دهانه گیل است و به بررسی لایههای رسوبی برای یافتن شواهد حیات و آب ادامه میدهد. با وجود سایش چرخها و برخی مشکلات نرمافزاری، کنجکاوی همچنان دادههای علمی ارزشمندی ارسال میکند. ناسا در سال ۲۰۲۴ اعلام کرد که مأموریت تمدیدشده کنجکاوی تا سال ۲۰۲۶ ادامه خواهد داشت، اگرچه کاهش توان RTG ممکن است عملکرد را محدود کند.
تجهیزات علمی پیشرفته روی کنجکاوی
کنجکاوی مجهز به مجموعهای از ابزارهای علمی پیشرفته است:
- ChemCam: لیزر و طیفسنج برای تحلیل شیمیایی سنگها از راه دور
- SAM (Sample Analysis at Mars): برای شناسایی ترکیبات آلی و گازهای جوی
- REMS: برای اندازهگیری شرایط محیطی مانند دما و فشار
- RAD: برای ارزیابی تشعشعات کیهانی و خورشیدی
- APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer): برای تحلیل شیمیایی سطح سنگها
- MAHLI (Mars Hand Lens Imager): دوربین میکروسکوپی برای تصاویر نزدیک
- MARDI (Mars Descent Imager): دوربین برای ثبت تصاویر فرود
ساختار فنی و اجزای بدنه ربات
کنجکاوی دارای بدنهای آلومینیومی با ساختار مستحکم است که از تجهیزات در برابر شرایط خشن مریخ محافظت میکند. اجزای اصلی شامل:
- بدنه اصلی: محفظهای برای کامپیوترها، ابزارهای علمی، و RTG
- بازوی رباتیک: یک بازوی ۲.۱ متری با مته و ابزارهای تحلیلی مانند APXS و MAHLI
- سیستم تعلیق راکر-بوگی: برای حرکت در زمین ناهموار مریخ
- آنتنهای ارتباطی: برای ارسال و دریافت دادهها از طریق مدارگردهای مریخ
این طراحی امکان تحمل دماهای شدید، گردوغبار، و زمینهای سنگی را فراهم میکند.
سیستم حرکتی و چرخهای کنجکاوی
سیستم حرکتی مریخنورد کنجکاوی شامل شش چرخ آلومینیومی با قطر ۵۰ سانتیمتر است که با الگوی خاصی برای افزایش چسبندگی طراحی شدهاند. سیستم تعلیق راکر-بوگی به مریخنورد اجازه میدهد تا موانع تا ارتفاع ۶۵ سانتیمتر را پشت سر بگذارد. هر چرخ بهطور مستقل توسط موتورهای الکتریکی هدایت میشود و سرعت حداکثر ۴ سانتیمتر بر ثانیه (۱۴۴ متر در ساعت) دارد. چرخها دچار سایش قابلتوجهی شدهاند، بهویژه در سالهای اولیه، اما نرمافزارهای بهروزشده و مسیرهای بهینهشده حرکت را پایدار نگه داشتهاند.
نحوه دریافت و ارسال دادهها از مریخ
کنجکاوی دادهها را از طریق دو سیستم ارتباطی ارسال و دریافت میکند:
- آنتن UHF: برای ارتباط با مدارگردهای مریخ مانند MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) و MAVEN، با سرعت انتقال داده تا ۲ مگابیت بر ثانیه
- آنتن X-band: برای ارتباط مستقیم با زمین، با سرعت پایینتر (تا ۳۲ کیلوبیت بر ثانیه)
دادهها ابتدا به مدارگردها ارسال شده و سپس به ایستگاههای زمینی ناسا (Deep Space Network) منتقل میشوند. این فرآیند به دلیل فاصله ۵۴.۶ تا ۴۰۱ میلیون کیلومتری مریخ و زمین، تأخیری ۴ تا ۲۴ دقیقهای دارد.
تکنولوژی انرژی هستهای RTG
مریخنورد کنجکاوی از یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG) برای تأمین انرژی استفاده میکند که ۴.۸ کیلوگرم پلوتونیوم-۲۳۸ را به برق (حدود ۱۱۰ وات) و گرما تبدیل میکند. این سیستم برخلاف پنلهای خورشیدی، در شب و طوفانهای گردوغبار مریخ نیز کار میکند و عمر مأموریت را به بیش از یک دهه افزایش داده است. RTG گرمای اضافی را برای گرم نگهداشتن تجهیزات در دمای -۹۰ درجه سانتیگراد استفاده میکند. با این حال، کاهش تدریجی توان پلوتونیوم-۲۳۸ باعث شده که توان خروجی به حدود ۸۰ وات برسد.
مأموریت کنجکاوی در دهانه گیل
دهانه گیل، با قطر ۱۵۴ کیلومتر، به دلیل شواهد زمینشناختی از وجود آب مایع در گذشته انتخاب شد. کنجکاوی در منطقهای به نام Aeolis Palus فرود آمد و به سمت کوه شارپ حرکت کرد. این کوه، با لایههای رسوبی ۵.۵ کیلومتری، تاریخچه چندمیلیاردساله مریخ را حفظ کرده است. کنجکاوی لایههای غنی از رس و سولفات را بررسی کرده و شواهدی از دریاچههای باستانی و محیطهای قابلسکونت یافته است. کنجکاوی در حال کاوش مناطق بالاتر کوه شارپ است که ممکن است اطلاعات بیشتری درباره تکامل آبوهوای مریخ ارائه دهد.
ابزار ChemCam و کاربردهای آن
ChemCam (Chemistry and Camera) ابزاری کلیدی است که از طیفسنجی تخریب لیزری (LIBS) برای تحلیل شیمیایی سنگها و خاک از فاصله تا ۷ متر استفاده میکند. لیزر ChemCam با تبخیر نمونههای کوچک، پلاسما ایجاد میکند و طیفسنج ترکیب شیمیایی (مانند سیلیکون، منیزیم، یا آهن) را تحلیل میکند. دوربین RMI (Remote Micro-Imager) تصاویر با وضوح بالا از اهداف فراهم میکند. ChemCam بیش از یک میلیون شلیک لیزری انجام داده و دادههایی درباره تنوع زمینشناختی مریخ ارائه کرده است، از جمله کشف بورون که نشانهای از آب مایع در گذشته است.
چالشهای تعمیر و نگهداری از راه دور
تعمیر و نگهداری کنجکاوی از فاصله ۲۲۵ میلیون کیلومتری چالشهای بزرگی دارد:
- سایش چرخها: چرخهای آلومینیومی دچار ترک و سوراخ شدهاند، که با تغییر مسیرها و بهروزرسانی نرمافزار مدیریت شده است.
- نقصهای نرمافزاری: در سال ۲۰۱۳ و ۲۰۱۹، کنجکاوی به حالت ایمن (Safe Mode) رفت که با آپلود نرمافزار جدید برطرف شد.
- کاهش توان RTG: کاهش توان نیازمند مدیریت دقیق مصرف انرژی است.
- گردوغبار مریخ: حسگرهای REMS به دلیل تجمع گردوغبار آسیب دیدهاند.
مهندسان ناسا از شبیهسازیهای زمینی و بهروزرسانیهای نرمافزاری برای حل این مشکلات استفاده میکنند.
بررسی خاک مریخ از دیدگاه کنجکاوی
کنجکاوی با ابزارهای SAM و APXS خاک و سنگهای مریخ را تحلیل کرده است. SAM ترکیبات آلی مانند متان و کلروبنزن را شناسایی کرد، که ممکن است از فرآیندهای زیستی یا غیرزیستی ناشی شده باشند. APXS عناصری مانند سیلیکون، آهن، و منیزیم را در خاک شناسایی کرد و نشان داد که خاک مریخ مشابه بازالتهای زمینی است. کنجکاوی همچنین خاکهای غنی از رس را در مناطقی مانند Yellowknife Bay یافت که نشاندهنده محیطهای مرطوب باستانی هستند.
کشف آثار آب در سطح مریخ
مریخنورد کنجکاوی شواهد محکمی از وجود آب مایع در گذشته مریخ کشف کرده است. در سال ۲۰۱۲، در Yellowknife Bay، کنجکاوی سنگهای رسوبی و لایههای غنی از رس یافت که نشاندهنده دریاچههای باستانی است. در سال ۲۰۱۵، کشف سولفاتهای هیدراته و بورون در کوه شارپ تأیید کرد که آب مایع برای دورههای طولانی وجود داشته است. تصاویر MAHLI از رگههای معدنی و بسترهای رودخانهای نیز این یافتهها را تأیید کردند. این اکتشافات نشان میدهند که مریخ در گذشته محیطهایی قابلسکونت داشته، اگرچه حیات میکروبی هنوز تأیید نشده است.
