رازهای جدید مریخنورد کنجکاوی؛ از کندوهای اسرارآمیز تا چرخهای تکهتکه شده
مریخنورد کنجکاوی (Curiosity) بار دیگر دانشمندان را شگفتزده کرده. این کاوشگر خستگیناپذیر که سالهاست روی خاک سرخ سیاره همسایه قدم میزند، بهتازگی تصاویری از یک پهنه عجیب و شبیه به کندوی عسل ارسال کرده است. ساختارهای چندضلعی شکلی که تا چشم کار میکند کشیده شدهاند و ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کردهاند. 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 چرخهای خود مریخنورد که بدجور آسیب دیدهاند و بدنه فلزیشان شکاف خورده است.
در این نوشته قرار است به بررسی این موضوع بپردازیم که ساختارهای کندویی مریخ چگونه شکل گرفتهاند، آیا سنگهای سیاه اطراف آنها اثراتی از شهابسنگهای فضایی هستند و از همه مهمتر، ناسا چگونه میخواهد از فاصله چند صد میلیون کیلومتری، چرخهای آسیبدیده کنجکاوی را تعمیر یا حتی قطع کند؟ آیا اختلال در حرکت چرخها میتواند ماموریت این کاوشگر ارزشمند را به پایان برساند یا مهندسان زمین باز هم راهی هوشمندانه برای دور زدن این بنبست پیدا میکنند؟
📂 فهرست بخشهای این نوشته
(کلیک کنید)
- کشف چندضلعیهای مرموز در پهنه سرخ گیل
- سنگهای سیاه فضایی و راز آب رفته در خاک مریخ
- استهلاک چرخهای آلومینیومی و تلاش ناسا برای نجات
- مانورهای رقص با سنگ؛ نحوه بریدن چرخ در اعماق فضا
- چرا الگوریتمهای هوشمند چرخهای رباتیک را نجات دادند؟
- تفاوت آلیاژ چرخهای کنجکاوی با مریخنورد استقامت چیست؟
- اگر تمام چرخها از کار بیفتند کنجکاوی چه میشود؟
کشف چندضلعیهای مرموز در پهنه سرخ گیل
مریخنورد کنجکاوی در ادامه مسیر پیادهروی طولانی خود در منطقه دره گرانده (Valle Grande) به نقطهای رسید که از زاویه دید مداری، روشنتر و هموارتر از بقیه جاها به نظر میرسید. زمانی که کاوشگر به این ناحیه رسید، اعضای تیم هدایتکننده با دیدن 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 فاصلهای که چشم دوربینهای روبات کار میکرد، پهن شده بودند.
وسعت این ساختارها بسیار بیشتر از موارد مشابهی بود که کاوشگر در سالهای گذشته دیده بود. دانشمندان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) اعلام کردند که ابعاد این چندضلعیها بین ۴ تا ۸ سانتیمتر است. حتی روی دامنه تپههای کوچک صخرهای منطقه مانند تپه ۶ متری میرافلورس (Miraflores) نیز این ترکهای هندسی منظم دیده میشدند. اندازهگیری ترکیب شیمیایی و شکل این عوارض نشان میدهد که احتمالا خشک شدن گلولای قدیمی یا چرخههای انقباض و انبساط ناشی از سرما و گرمای شدید، آب را از رسوبات بیرون کشیده و این شبکه هندسی را خلق کرده است.
سنگهای سیاه فضایی و راز آب رفته در خاک مریخ
در کنار این شبکه چندضلعی، خردهسنگهای تیرهرنگی روی خاک مریخ (Regolith) پراکنده شده بودند. جو مریخ بسیار رقیقتر از زمین است و نمیتواند جلوی برخورد سنگهای سرگردان فضایی را بگیرد. به همین دلیل، برخورد شهابسنگها به پوسته مریخ دائما قطعات صخرهای را به هوا پرتاب میکند. این سنگهای تیره ممکن است بر اثر برخوردهای دوردست از دهانه گیل (Gale Crater) به این نقطه پرت شده باشند یا حتی تکههایی از شهابسنگهای بیرون از سیاره باشند.
بررسی نمونههای مشابه در مسیر کنجکاوی نشان داده بود که برخی از این سنگهای شناور حاوی عنصر نیکل هستند. وجود نیکل در شهابسنگها بسیار رایج است اما در سنگهای بومی مریخ کمتر دیده میشود. دانشمندان هنوز در حال تحلیل دادهها هستند تا مشخص کنند چه سهمی از این سنگریزهها منشا فضایی دارند. درک این مسئله به بازسازی تاریخچه برخوردهای کیهانی و تحولات جوی مریخ کمک شایانی خواهد کرد.
استهلاک چرخهای آلومینیومی و تلاش ناسا برای نجات
تصاویری که کنجکاوی از خودش گرفت، نگاهها را از کشف علمی جذاب به سمت وضعیت نگرانکننده ابزارهای حرکتی روبات جلب کرد. چرخ آلومینیومی سمت راست و عقب کاوشگر بهشدت دچار دندانهدندانه شدن و شکافهای عمیق شده است. آلومینیوم چرخها به مرور زمان تحت فشار سنگهای تیز و سخت مریخ لایه لایه شکاف خورده و اجزای داخلی چرخ به وضوح دیده میشوند. این آسیبها نتیجه ۱۴ سال حرکت روی زمینهای ناهموار سیاره سرخ است.
مهندسان ناسا برای مقابله با این استهلاک شدید، راهکارهای مختلفی پیاده کردهاند. اولین اقدام، مسیریابی هوشمندانهتر و عبور از زمینهای نرمتر بود. در گام بعدی، آپدیت نرمافزاری 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 میکند و سرعت چرخش را جابهجا میکند تا از لغزش و فشار مضاعف روی تیغههای برجسته چرخ (Grousers) جلوگیری شود (این روش روی کاغذ بینقص است اما لبههای تیز سنگهای مریخ رحم چندانی ندارند).
مانورهای رقص با سنگ؛ نحوه بریدن چرخ در اعماق فضا
اگر استهلاک چرخ به حدی برسد که تیغههای آن کاملا بشکنند، تکههای رها شده آلومینیومی میتوانند به کابلهای برق داخل چرخ آسیب بزنند و کلا سیستم حرکتی را از کار بیندازند. ناسا برای چنین شرایط بحرانی یک نقشه جایگزین جسورانه طراحی کرده است: جدا کردن بخشٰهای کنده چرخ آسیبدیده با کمک صخرههای مریخ. آزمایشهای صورت گرفته روی نمونه شبیهسازی شده روی زمین نشان میدهد کنجکاوی میتواند 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 روشها، روبات چرخ شکسته را گیر میاندازد و با اعمال گشتاور شدید به سه چرخ دیگر، بخش اضافی و خطرناک چرخ آسیبدیده را کنده و جا میگذارد. این کار باعث میشود ریسک قطعی سیمکشیها به صفر برسد و روبات بتواند بدون گیر کردن اجزای فلزی به مسیر خود ادامه دهد.
چرا الگوریتمهای هوشمند چرخهای رباتیک را نجات دادند؟
خیلی از افراد تصور میکنند کندی حرکت مریخنوردها به خاطر ضعیف بودن موتور آنهاست، اما واقعیت این است که کندی حرکت به دلیل ضریب اطمینان و پردازش دادههای زمینشناسی مسیر است. الگوریتم جدید کنترل کشش ناسا ثابت کرد که نرمافزار میتواند طول عمر سختافزارهای مکانیکی را تا چند سال افزایش دهد. وقتی یک چرخ روی سنگ تیزی قرار میگیرد، فشار روی آن به طور ناگهانی بالا میرود. الگوریتم هوشمند با کم کردن سرعت آن چرخ و انتقال نیرو به چرخهای دیگر، از سوراخ شدن آلومینیوم جلوگیری میکند.
این تجربه ارزشمند به ناسا یاد داد که در ساخت کاوشگرهای بعدی نباید به طراحیهای استاتیک بسنده کند. روباتهای فضایی باید بتوانند شرایط فیزیکی خود را بپایند و بر اساس میزان خرابی قطعات، طرز راه رفتن و توزیع وزن خود را تغییر دهند. سیستم تعلیق کنجکاوی حالا طوری رفتار میکند که کمترین بار روی چرخهای زخمی بیفتد.
تفاوت آلیاژ چرخهای کنجکاوی با مریخنورد استقامت چیست؟
خرابی چرخهای کنجکاوی درس بزرگی برای مهندسان ناسا بود. چرخهای کنجکاوی از آلومینیوم ساخته شدهاند و ضخامت دیواره آنها تنها حدود ۰.۷۵ میلیمتر است؛ یعنی ضخامتی در حد کارت اعتباری. این دیواره باریک برای کاهش وزن کلی کاوشگر انتخاب شده بود، اما سنگهای بادخورده و تیز مریخ مانند چاقو آن را بریدهاند. این چالش نشان داد که تستهای روی زمین نتوانسته بودند میزان تیز بودن سنگهای مریخ را به درستی شبیهسازی کنند.
به همین دلیل، در مریخنورد استقامت (Perseverance) که بعدها به مریخ فرستاده شد، طراحی چرخها به کلی تغییر کرد. چرخهای استقامت دارای آجهای متراکمتر، عرض کمتر و ضخامت بیشتر هستند و از آلیاژ مقاومتری بهره میبرند. این تغییرات باعث شده که استقامت بدون ترس از پارگی لاستیکهای فلزیاش، با سرعت بیشتری روی صخرههای تیز حرکت کند.
اگر تمام چرخها از کار بیفتند کنجکاوی چه میشود؟
حتی اگر بدترین سناریو اتفاق بیفتد و کنجکاوی توان حرکتی خود را به طور کامل از دست بدهد، ماموریت آن به پایان 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 سنگهای اطراف به حرکت احتیاجی ندارند.
مریخنورد اینسایت (InSight) یا کاوشگرهای وایکینگ سالها بدون داشتن حتی یک چرخ، دادههای گرانبهایی از زلزلهها و جو مریخ به زمین فرستادند. بنابراین کنجکاوی حتی در صورت زمینگیر شدن، تا زمانی که مولد هستهای آن (RTG) برق تولید میکند، به آنالیز نمونهها و مخابره دادههای علمی به زمین ادامه خواهد داد.
جمعبندی نهایی
کشف الگوهای چندضلعی در مریخ نشان میدهد این سیاره سرخ تاریخچه پویا و پر از آب و گلولای داشته است. از سوی دیگر، تصاویر چرخهای خردشده کنجکاوی یادآوری میکند که محیط مریخ تا چه حد برای ابزارهای ساخت بشر خشن و بیرحم است. با این حال، ترکیبی از نرمافزارهای 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 انعطافپذیری در شرایط بحران، میتوان فرسنگها دورتر از زمین، ابزارهای در حال فروپاشی را همچنان فعال و مولد نگه داشت.
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
مطالب مرتبط
