رحلات المريخ المستقبلية.. مزيد من العلم قليل من الأموال
في حين أن علماء وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، وكذلك أقرانهم في الصين، يخططون لبعثات باهظة الثمن ومعقدة إلى المريخ لإعادة عينات من الكوكب الأحمر، هناك في المقابل عدد متزايد من الباحثين يخططون لطرق منخفضة التكلفة وجديدة لمواصلة استكشاف الكوكب. وسواء كان ذلك عن طريق طائرات هليكوبتر معززة أو مركبات هبوط ومدار غير مكلفة، فإن الباحثين يقولون إن الوقت قد حان لكتابة تاريخ جديد لجمع المزيد من البيانات من مجموعة متنوعة من الأماكن في هذا العالم البعيد.
وتدعم "بيثاني إيلمان"، عالمة الكواكب في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا، كيفية استخدام مركبة منخفضة السعر نسبيًا في جولة تالية من التحقيق تستهدف الكوكب الأحمر. وتقول إيلمان: "المريخ متنوع مثل الأرض، فالمواقع المختلفة به تلتقط لقطات بيئية مختلفة، وهناك الكثير من الاستكشافات التي يجب القيام بها، مثل زيارة المواقع المذهلة والغريبة التي صورتها المركبات الفضائية من المدار، مثل نظام (وادي فاليس مارينيريس) و(القبعات القطبية المريخية)". مضيفة أن نظام معقد مثل المريخ يتطلب اتساعًا وعمقًا، وهذا يعني إيجاد طرق جديدة للاستكشاف في مواقع متعددة عن طريق خفض السعر لكل مهمة مركبة فضائية من خلال التكنولوجيا أو النماذج البرمجية الجديدة والتعاون". وتتمنى "إيلمان" أن يكون عدد من المهام المقبلة لاستكشاف المريخ عن طريق العربات المتنقلة، تديرها الجامعات في جميع أنحاء البلاد، فهذا من شأنه أن ينشط سوق الوظائف المتعلقة بالعلوم والهندسة". مشيرة إلى أن استكشاف الكوكب يحتاج لجهد الجميع، لأنه بعد عقود من الاستكشاف، لا يمكن الإجابة على العديد من الأسئلة المهمة المتبقية.
500 مليون دولار فقط
و من المعروف أن وكالة ناسا دائمًا ما تتجنب المخاطر، وهذا أمر مفهوم تمامًا ، حيث يتم إنفاق أموال دافعي الضرائب، كما يقول "روبرت ليليس"، المدير المساعد لعلوم الكواكب وعلم الأحياء الفلكية في مختبر علوم الفضاء في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. ويشير "ليليس" إلى برنامج البعثات الصغيرة المبتكرة لاستكشاف الكواكب (سيمبلكس)، التابع لوكالة ناسا باعتباره "جهدًا جريئًا" لتسهيل علوم الكواكب من الدرجة الأولى بجزء بسيط من التكلفة. ويدعم هذا البرنامج جهود الاستكشاف الطموحة ولكن منخفضة التكلفة نسبيًا، بحيث يبلغ الحد الأقصى لأي مهمة اكتشاف حوالي 500 مليون دولار.
ويقول "ليليس" إن برنامج (سيمبلكس) يعمل كطريق للتحقيق في المفاضلة بين التكلفة والمخاطر، فعلي سبيل المثال فإن مهمة (مسرع الهروب والبلازما ومستكشفو الديناميكيات) أو ما يعرف اختصارا بـ ( EscaPADE)، وهي إحدى المهام المنبثقة عن هذا البرنامج، تقدر التكلفة الإجمالية لها بأقل من 80 مليون دولار، ومن المتوقع أن تصل إلى مدار حول الكوكب الأحمر في عام 2026، وهي مهمة تعد بتحقيق ضجة كبيرة جدًا من حيث "مزيد من العلم مقابل قليل من الدولارات".
ويشير "ليليس" آلى أن المجسات المزدوجة لمهمة ( EscaPADE ) ستوفر منظورًا فريدًا "ستيريو" لنظام الغلاف الجوي العلوي شديد التعقيد للمريخ، ما يمكننا ، لأول مرة، من فهم العمليات التي تتحكم في بنية الغلاف المغناطيسي الهجين للمريخ وكيف يوجه تدفقات الأيونات، و فهم كيفية انتقال الطاقة والزخم من الرياح الشمسية عبر الغلاف المغناطيسي للمريخ، وفهم العمليات التي تتحكم في تدفق الطاقة والمواد داخل وخارج الغلاف الجوي. ويضيف أن اتباع هذا النهج لتطوير المركبات الفضائية التي تحقق مزايا علمية ضخمة بأقل التكاليف، سيسمح برؤية جميع أجزاء الكوكب في جميع الأوقات من اليوم، من السطح إلى الغلاف الجوي العلوي.
ويشدد "ليليس" على أهمية تنوع المهام، من أجل حماية المستكشفين البشريين في المستقبل، ويقول: " هذا الوعي بأهمية دراسة كل ظروف المريخ سيكون حاسمًا لحماية المستكشفين البشريين في المستقبل، بطريقتين أساسيتين، أولاً، سيسمح التوصيف الأفضل لضغط الهواء القريب من السطح والرياح بهبوط أكثر أمانًا، وثانيًا، ستتيح مراقبة الطقس إمكانية التنبؤ الدقيق بالطقس من خلال استيعاب البيانات". ويضيف "ليليس": "عندما نتحدث عن أهمية التنبؤ بالطقس على المريخ لسلامة المستكشفين، فإننا نتحدث عن العواصف الترابية، لأن العواصف الترابية تقلل من توليد الطاقة الشمسية والرؤية".
مركبة غير تقليدية
بالإضافة لمشروع المركبة ( EscaPADE )، هناك مشروع آخر يسعى للهبوط على المريخ بثمن بخس وبأمان، وهو جهاز الهبوط الصغير للطاقة عالي التأثير (شيلد)، وهو الآن قيد الدراسة في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) في جنوب كاليفورنيا. ويقول "لويس جيرش"، الباحث الرئيسي في المشروع: " تعتبر (شيلد) أساسًا مركبة هبوط وممتص صدمات في آن واحد".
ويضيف "شيلد":" لا تشبه المركبات الفضائية التقليدية مثل مهمة (برسفيرنس) على سطح المريخ، لكنها قد تسمح للعلماء بدراسة المزيد من سطح المريخ أثناء وضعها كحمولة ثانوية مع مهمات ناسا الأكبر، وما زلنا نقيم أنواع الأدوات العلمية المنطقية، ولكن كل تصميمات أجهزة استشعار الطقس والكاميرات ومقاييس الطيف الكتلي جاهزه".
وهدف (شيلد) هو تقليل تكاليف هبوط المريخ ، بحيث لا تتعدى 50 مليونًا، ما يجعل أداء مجموعة واسعة من المهام قابل للتنفيذ، كما يقول الموقع الرسمي لمختبر الدفع النفاث التابع لناسا. وعلى وجه الخصوص ، يمكن لـ (شيلد) إجراء تحقيقات منخفضة التكلفة تحت السطح، مثل اكتشاف الميثان باستخدام مقياس طيف ليزر قابل للضبط (TLS) أو الكشف عن المياه الجوفية باستخدام مسبار كهرومغناطيسي عابر مثل أداة ( TH2OR ) التي يتم تطويرها في مختبر الدفع النفاث.
ومن جانبه، يوضح "ناثان باربا" من مختبر الدفع النفاث، وهو مهندس الأنظمة في مشروع (شيلد) " باب الوصول المتكرر إلى المريخ بتكلفة منخفضة ، تم فتحه عندما أكمل "كيوب المريخ واحد (Mars Cube One) و " كيوبسات بي "، تحليقًا ناجحًا فوق المريخ في نوفمبر 2018، عندما كانا مع رحلة مركبة الهبوط المريخ " إنسايت" التابعة لناسا.
ويمكن تسليم (شيلد) كمركبة هبوط واحدة أو مع العديد من المهام في عملية إطلاق واحدة، وقال "باربا" إن مركبة هبوط منخفضة التكلفة مثل (شيلد) يمكن أن تتيح قياسات لأول مرة عبر استكشاف أرض المريخ التي تعتبر بالغة الأهمية للمهام الأكبر والأكثر تكلفة.وتابع "باربا" أن زيادة الوصول إلى الفضاء أمر مثير ، "لأنه يعني المزيد من الفرص لعلوم المريخ، و إذا كانت فئة جديدة من المهمات بين الكواكب منخفضة التكلفة تؤتي ثمارها ، فإنها ستعزز مجموعة أكثر تنوعًا من التحقيقات وتوفر فرصة للعديد من العلماء والمهندسين الجدد في بداية حياتهم المهنية ".
لحظات قابلة للتعلم
فكرة أخرى لاستكشاف المريخ في المستقبل تم تعزيزها بالفعل من خلال الرحلات الجوية المتعددة لمروحية "إنجينويتي" المريخية، التي انفصلت عن مركبة "برسفيرنس" في 4 أبريل 2021 كجزء من مهمة "المريخ 2020" لوكالة ناسا. وتقول "شانا ويثرو مازر"، قائدة أنظمة مركبات مروحيات علوم المريخ في مركز أبحاث أميس في وادي السيليكون التابع لناسا: "لقد تجاوزت الرحلات الجوية لمروحية (إنجينويتي) ما كنا نتخيله، فكل رحلة تعلمنا أكثر فأكثر وتفتح الأبواب أمام مفاهيم المهام المستقبلية". إحدى الأفكار التي فتحت هذه المهمة أبوابها، هي مروحية المريخ المتقدمة، وهي عبارة عن جهاز سداسي المروحية يمكنه نقل حمولات أكبر والسفر لمسافات أكبر من (إنجينويتي). وتقول "مازر" إن نهج مروحية علوم المريخ هذا يتشكل بفضل اللحظات القابلة للتعليم التي توفرها بيانات( إنجينويتي)، والتي يتم تنزيلها وتقييمها بعد كل رحلة.
الاستكشاف الجوي
وتوضح "مازر" أن مروحية المريخ المتقدمة يمكنها القيام ببعض الأشياء الرائعة، حيث تقلع من أي مكان وتحوم أيضا فوق الأشياء المثيرة للاهتمام، ويمكنها مسح مجموعة متنوعة من ميزات المريخ التي يصعب أو يستحيل استكشافها بواسطة المركبات الجوالة، على سبيل المثال، القمم القطبية والمنحدرات العمودية والبراكين الطينية. ويمكن للمروحية أيضًا أن تنطلق فوق الخطوط المريخية المظلمة المثيرة للاهتمام والمعروفة باسم "خط المنحدر المتكرر"، والتي قد تكون علامات على نشاط الماء السائل، و يمكن أن تساعد أيضا في رسم ملامح عمودية للغلاف الجوي أو حتى الغوص في فتحات أنبوب الحمم البركانية.
وتقول مازر: "لقد بدأ المجتمع للتو في تكوين فكرة عما يمكن فعله باستخدام الاستكشاف الجوي، وتسمح لنا هذه المروحية بالتحرك أبعد وأسرع بكثير، و يمكن أن تكون منصات المركبات الجديدة حافزًا لجميع أنواع العلوم، وأعتقد أننا في وضع جيد لنكون قادرين على الاستفادة من أي فرص قد تأتي في طريقنا ".
المصدر: scientificamerican
رحلات المريخ المستقبلية.. مزيد من العلم قليل من الأموال
في حين أن علماء وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، وكذلك أقرانهم في الصين، يخططون لبعثات باهظة الثمن ومعقدة إلى المريخ لإعادة عينات من الكوكب الأحمر، هناك في المقابل عدد متزايد من الباحثين يخططون لطرق منخفضة التكلفة وجديدة لمواصلة استكشاف الكوكب. وسواء كان ذلك عن طريق طائرات هليكوبتر معززة أو مركبات هبوط ومدار غير مكلفة، فإن الباحثين يقولون إن الوقت قد حان لكتابة تاريخ جديد لجمع المزيد من البيانات من مجموعة متنوعة من الأماكن في هذا العالم البعيد.
وتدعم "بيثاني إيلمان"، عالمة الكواكب في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا، كيفية استخدام مركبة منخفضة السعر نسبيًا في جولة تالية من التحقيق تستهدف الكوكب الأحمر. وتقول إيلمان: "المريخ متنوع مثل الأرض، فالمواقع المختلفة به تلتقط لقطات بيئية مختلفة، وهناك الكثير من الاستكشافات التي يجب القيام بها، مثل زيارة المواقع المذهلة والغريبة التي صورتها المركبات الفضائية من المدار، مثل نظام (وادي فاليس مارينيريس) و(القبعات القطبية المريخية)". مضيفة أن نظام معقد مثل المريخ يتطلب اتساعًا وعمقًا، وهذا يعني إيجاد طرق جديدة للاستكشاف في مواقع متعددة عن طريق خفض السعر لكل مهمة مركبة فضائية من خلال التكنولوجيا أو النماذج البرمجية الجديدة والتعاون". وتتمنى "إيلمان" أن يكون عدد من المهام المقبلة لاستكشاف المريخ عن طريق العربات المتنقلة، تديرها الجامعات في جميع أنحاء البلاد، فهذا من شأنه أن ينشط سوق الوظائف المتعلقة بالعلوم والهندسة". مشيرة إلى أن استكشاف الكوكب يحتاج لجهد الجميع، لأنه بعد عقود من الاستكشاف، لا يمكن الإجابة على العديد من الأسئلة المهمة المتبقية.
500 مليون دولار فقط
و من المعروف أن وكالة ناسا دائمًا ما تتجنب المخاطر، وهذا أمر مفهوم تمامًا ، حيث يتم إنفاق أموال دافعي الضرائب، كما يقول "روبرت ليليس"، المدير المساعد لعلوم الكواكب وعلم الأحياء الفلكية في مختبر علوم الفضاء في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. ويشير "ليليس" إلى برنامج البعثات الصغيرة المبتكرة لاستكشاف الكواكب (سيمبلكس)، التابع لوكالة ناسا باعتباره "جهدًا جريئًا" لتسهيل علوم الكواكب من الدرجة الأولى بجزء بسيط من التكلفة. ويدعم هذا البرنامج جهود الاستكشاف الطموحة ولكن منخفضة التكلفة نسبيًا، بحيث يبلغ الحد الأقصى لأي مهمة اكتشاف حوالي 500 مليون دولار.
ويقول "ليليس" إن برنامج (سيمبلكس) يعمل كطريق للتحقيق في المفاضلة بين التكلفة والمخاطر، فعلي سبيل المثال فإن مهمة (مسرع الهروب والبلازما ومستكشفو الديناميكيات) أو ما يعرف اختصارا بـ ( EscaPADE)، وهي إحدى المهام المنبثقة عن هذا البرنامج، تقدر التكلفة الإجمالية لها بأقل من 80 مليون دولار، ومن المتوقع أن تصل إلى مدار حول الكوكب الأحمر في عام 2026، وهي مهمة تعد بتحقيق ضجة كبيرة جدًا من حيث "مزيد من العلم مقابل قليل من الدولارات".
ويشير "ليليس" آلى أن المجسات المزدوجة لمهمة ( EscaPADE ) ستوفر منظورًا فريدًا "ستيريو" لنظام الغلاف الجوي العلوي شديد التعقيد للمريخ، ما يمكننا ، لأول مرة، من فهم العمليات التي تتحكم في بنية الغلاف المغناطيسي الهجين للمريخ وكيف يوجه تدفقات الأيونات، و فهم كيفية انتقال الطاقة والزخم من الرياح الشمسية عبر الغلاف المغناطيسي للمريخ، وفهم العمليات التي تتحكم في تدفق الطاقة والمواد داخل وخارج الغلاف الجوي. ويضيف أن اتباع هذا النهج لتطوير المركبات الفضائية التي تحقق مزايا علمية ضخمة بأقل التكاليف، سيسمح برؤية جميع أجزاء الكوكب في جميع الأوقات من اليوم، من السطح إلى الغلاف الجوي العلوي.
ويشدد "ليليس" على أهمية تنوع المهام، من أجل حماية المستكشفين البشريين في المستقبل، ويقول: " هذا الوعي بأهمية دراسة كل ظروف المريخ سيكون حاسمًا لحماية المستكشفين البشريين في المستقبل، بطريقتين أساسيتين، أولاً، سيسمح التوصيف الأفضل لضغط الهواء القريب من السطح والرياح بهبوط أكثر أمانًا، وثانيًا، ستتيح مراقبة الطقس إمكانية التنبؤ الدقيق بالطقس من خلال استيعاب البيانات". ويضيف "ليليس": "عندما نتحدث عن أهمية التنبؤ بالطقس على المريخ لسلامة المستكشفين، فإننا نتحدث عن العواصف الترابية، لأن العواصف الترابية تقلل من توليد الطاقة الشمسية والرؤية".
مركبة غير تقليدية
بالإضافة لمشروع المركبة ( EscaPADE )، هناك مشروع آخر يسعى للهبوط على المريخ بثمن بخس وبأمان، وهو جهاز الهبوط الصغير للطاقة عالي التأثير (شيلد)، وهو الآن قيد الدراسة في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) في جنوب كاليفورنيا. ويقول "لويس جيرش"، الباحث الرئيسي في المشروع: " تعتبر (شيلد) أساسًا مركبة هبوط وممتص صدمات في آن واحد".
ويضيف "شيلد":" لا تشبه المركبات الفضائية التقليدية مثل مهمة (برسفيرنس) على سطح المريخ، لكنها قد تسمح للعلماء بدراسة المزيد من سطح المريخ أثناء وضعها كحمولة ثانوية مع مهمات ناسا الأكبر، وما زلنا نقيم أنواع الأدوات العلمية المنطقية، ولكن كل تصميمات أجهزة استشعار الطقس والكاميرات ومقاييس الطيف الكتلي جاهزه".
وهدف (شيلد) هو تقليل تكاليف هبوط المريخ ، بحيث لا تتعدى 50 مليونًا، ما يجعل أداء مجموعة واسعة من المهام قابل للتنفيذ، كما يقول الموقع الرسمي لمختبر الدفع النفاث التابع لناسا. وعلى وجه الخصوص ، يمكن لـ (شيلد) إجراء تحقيقات منخفضة التكلفة تحت السطح، مثل اكتشاف الميثان باستخدام مقياس طيف ليزر قابل للضبط (TLS) أو الكشف عن المياه الجوفية باستخدام مسبار كهرومغناطيسي عابر مثل أداة ( TH2OR ) التي يتم تطويرها في مختبر الدفع النفاث.
ومن جانبه، يوضح "ناثان باربا" من مختبر الدفع النفاث، وهو مهندس الأنظمة في مشروع (شيلد) " باب الوصول المتكرر إلى المريخ بتكلفة منخفضة ، تم فتحه عندما أكمل "كيوب المريخ واحد (Mars Cube One) و " كيوبسات بي "، تحليقًا ناجحًا فوق المريخ في نوفمبر 2018، عندما كانا مع رحلة مركبة الهبوط المريخ " إنسايت" التابعة لناسا.
ويمكن تسليم (شيلد) كمركبة هبوط واحدة أو مع العديد من المهام في عملية إطلاق واحدة، وقال "باربا" إن مركبة هبوط منخفضة التكلفة مثل (شيلد) يمكن أن تتيح قياسات لأول مرة عبر استكشاف أرض المريخ التي تعتبر بالغة الأهمية للمهام الأكبر والأكثر تكلفة.وتابع "باربا" أن زيادة الوصول إلى الفضاء أمر مثير ، "لأنه يعني المزيد من الفرص لعلوم المريخ، و إذا كانت فئة جديدة من المهمات بين الكواكب منخفضة التكلفة تؤتي ثمارها ، فإنها ستعزز مجموعة أكثر تنوعًا من التحقيقات وتوفر فرصة للعديد من العلماء والمهندسين الجدد في بداية حياتهم المهنية ".
لحظات قابلة للتعلم
فكرة أخرى لاستكشاف المريخ في المستقبل تم تعزيزها بالفعل من خلال الرحلات الجوية المتعددة لمروحية "إنجينويتي" المريخية، التي انفصلت عن مركبة "برسفيرنس" في 4 أبريل 2021 كجزء من مهمة "المريخ 2020" لوكالة ناسا. وتقول "شانا ويثرو مازر"، قائدة أنظمة مركبات مروحيات علوم المريخ في مركز أبحاث أميس في وادي السيليكون التابع لناسا: "لقد تجاوزت الرحلات الجوية لمروحية (إنجينويتي) ما كنا نتخيله، فكل رحلة تعلمنا أكثر فأكثر وتفتح الأبواب أمام مفاهيم المهام المستقبلية". إحدى الأفكار التي فتحت هذه المهمة أبوابها، هي مروحية المريخ المتقدمة، وهي عبارة عن جهاز سداسي المروحية يمكنه نقل حمولات أكبر والسفر لمسافات أكبر من (إنجينويتي). وتقول "مازر" إن نهج مروحية علوم المريخ هذا يتشكل بفضل اللحظات القابلة للتعليم التي توفرها بيانات( إنجينويتي)، والتي يتم تنزيلها وتقييمها بعد كل رحلة.
الاستكشاف الجوي
وتوضح "مازر" أن مروحية المريخ المتقدمة يمكنها القيام ببعض الأشياء الرائعة، حيث تقلع من أي مكان وتحوم أيضا فوق الأشياء المثيرة للاهتمام، ويمكنها مسح مجموعة متنوعة من ميزات المريخ التي يصعب أو يستحيل استكشافها بواسطة المركبات الجوالة، على سبيل المثال، القمم القطبية والمنحدرات العمودية والبراكين الطينية. ويمكن للمروحية أيضًا أن تنطلق فوق الخطوط المريخية المظلمة المثيرة للاهتمام والمعروفة باسم "خط المنحدر المتكرر"، والتي قد تكون علامات على نشاط الماء السائل، و يمكن أن تساعد أيضا في رسم ملامح عمودية للغلاف الجوي أو حتى الغوص في فتحات أنبوب الحمم البركانية.
وتقول مازر: "لقد بدأ المجتمع للتو في تكوين فكرة عما يمكن فعله باستخدام الاستكشاف الجوي، وتسمح لنا هذه المروحية بالتحرك أبعد وأسرع بكثير، و يمكن أن تكون منصات المركبات الجديدة حافزًا لجميع أنواع العلوم، وأعتقد أننا في وضع جيد لنكون قادرين على الاستفادة من أي فرص قد تأتي في طريقنا ".
المصدر: scientificamerican