أعلن مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا مؤخرًا أنه يقوم بتطوير طائرة هليكوبتر صغيرة بدون طيار لاستكشاف الطريق لرحلات المريخ المستقبلية. لماذا يحتاج المريخ روفرز إلى مثل هذا الدليل الآلي؟ الإجابة هي أن القيادة على كوكب المريخ صعبة حقًا.
هنا على الأرض ، يمكن قيادة الروبوتات التي تستكشف الحافات البركانية ، أو تساعد رجال الإنقاذ ، بواسطة جهاز التحكم عن بعد ، باستخدام عصا التحكم. وذلك لأن الإشارات اللاسلكية تصل إلى الروبوت من مركز التحكم الخاص به على الفور تقريبًا. القيادة على القمر ليست أصعب بكثير. تستغرق الإشارات اللاسلكية التي تنتقل بسرعة الضوء حوالي ثانيتين ونصف للقيام برحلة ذهاب وعودة إلى القمر والعودة. هذا التأخير ليس طويلًا بما يكفي للتدخل بجدية في القيادة عن بعد. في السبعينيات من القرن الماضي ، قاد مراقبو السوفييت رحلات القمر لونوخود بهذه الطريقة ، واستكشفوا بنجاح أكثر من 40 كم من التضاريس القمرية.
القيادة على كوكب المريخ أصعب بكثير ، لأنها أبعد بكثير. اعتمادًا على موقعها فيما يتعلق بالأرض ، يمكن أن تستغرق الإشارات ما بين 8 و 42 دقيقة للرحلة ذهابًا وإيابًا. يجب إرسال التعليمات المبرمجة مسبقًا إلى المسبار ، والتي تقوم بتنفيذها بمفردها. تستغرق كل حملة من المريخ ساعات من التخطيط الدقيق. يتم فحص الصور المجسمة التي تلتقطها كاميرات الملاحة في المركبة بعناية من قبل المهندسين. أحيانًا تقدم الصور من المركبات الفضائية التي تدور حول كوكب المريخ معلومات إضافية.
يمكن برمجة المركبة المسبقة إما ببساطة لتنفيذ قائمة أوامر القيادة المرسلة من Earth ، أو يمكنها استخدام الصور التي تم التقاطها بواسطة كاميرات الملاحة الخاصة بها ومعالجتها بواسطة أجهزة الكمبيوتر الموجودة على متنها لقياس السرعة واكتشاف العوائق أو المخاطر بنفسها. يمكنه حتى رسم مساره الآمن الخاص لهدف محدد. محركات الأقراص بناءً على تعليمات من الأرض هي الأسرع.
يمكن للمريخ إكسبلورر روفرز سبيريت آند أوفرتيوني أن تقود ما يصل إلى 124 مترًا في ساعة بهذه الطريقة. هذا يقابل طول ملعب كرة قدم أمريكي. لكن هذا الوضع كان أيضًا الأقل أمانًا.
عندما يوجه المسبار نفسه بنشاط بكاميراته ، يكون التقدم أكثر أمانًا ، ولكنه أبطأ بكثير بسبب كل معالجة الصورة اللازمة. قد تتقدم بسرعة لا تقل عن 10 أمتار في الساعة ، وهي تقريبًا المسافة من خط المرمى إلى خط 10 ياردة في ملعب كرة قدم أمريكي. يجب استخدام هذه الطريقة عندما لا يكون لدى المسبار رؤية واضحة للطريق أمامك ، وهو ما يحدث غالبًا بسبب التضاريس الوعرة والتلال.
اعتبارًا من أوائل عام 2015 ، فإن أبعد مسافة قادها الفضول في يوم واحد هي 144 مترًا. كانت أطول رحلة يومية لفرصة الفرص 224 مترًا ، وهي مسافة طولها ملعبان لكرة القدم الأمريكية.
إذا تمكنت وحدات التحكم الأرضية من الحصول على رؤية أفضل للمسار المستقبلي ، فيمكنها وضع تعليمات تسمح للمركبة المستقبلية بالقيادة بأمان أكثر في يوم واحد.
هذا هو المكان الذي تأتي فيه فكرة طائرة هليكوبتر من دون طيار. يمكن للطائرة الهليكوبتر أن تطير قبل المسبار كل يوم. ستكون الصور المصنوعة من نقطة المراقبة الجوية ذات قيمة لا تقدر بثمن لوحدات التحكم الأرضية لتحديد نقاط الاهتمام العلمي ، وتخطيط طرق القيادة للوصول إلى هناك.
يطير تحليق طائرة هليكوبتر على المريخ تحديات خاصة. ميزة واحدة هي أن جاذبية المريخ هي فقط 38٪ بنفس قوة جاذبية الأرض ، لذلك لن تحتاج المروحية إلى توليد نفس الرفع مثل واحدة من نفس الكتلة على الأرض. تعمل شفرات المروحية على توليد الرفع عن طريق دفع الهواء لأسفل. يصعب القيام بذلك على كوكب المريخ منه على الأرض ، لأن الغلاف الجوي للمريخ أرق مائة مرة. لتحريك كمية كافية من الهواء ، ستحتاج شفرات المروحة إلى الدوران بسرعة كبيرة ، أو أن تكون كبيرة جدًا.
يجب أن يكون المروحية قادرًا على الطيران من تلقاء نفسه ، باستخدام تعليمات مسبقة ، والحفاظ على رحلة مستقرة على طول مسار محدد مسبقًا. يجب أن تهبط وتقلع بشكل متكرر في التضاريس المريخية الصخرية. وأخيرًا يجب أن تكون قادرة على تحمل الظروف القاسية للمريخ ، حيث تنخفض درجة الحرارة إلى 100 درجة فهرنهايت أو أقل كل ليلة.
صمم مهندسو JPL مروحية بوزن 1 كيلوجرام. جزء صغير من كتلة 900 كجم من مركبة كيوريوسيتي. تمتد شفرات المروحة 1.1 متر من طرف الشفرة إلى طرف الشفرة ، وهي قادرة على الدوران عند 3400 دورة في الدقيقة. الجسم بحجم صندوق الأنسجة.
المروحية تعمل بالطاقة الشمسية ، مع قرص من الخلايا الشمسية التي تجمع ما يكفي من الطاقة كل يوم لتشغيل رحلة لمدة دقيقتين إلى ثلاث دقائق وتسخين السيارة في الليل. يمكن أن يطير حوالي نصف كيلومتر في ذلك الوقت ، ويجمع الصور لإرسالها إلى التحكم الأرضي أثناء سيرها. يتوقع المهندسون أن الاستطلاع الذي يجمعه المروحية بدون طيار سيكون لا يقدر بثمن في التخطيط لقيادة المركبة ، مما يضاعف المسافة التي يمكن قطعها في اليوم ثلاث مرات.
المراجع ومزيد من القراءة:
بفضل Mark Maimone من NASA Jet Propulsion Laboratory للحصول على معلومات حول مسافات القيادة اليومية للفضول والفرصة.
ج. Biesiadecki ، P.C. Leger ، و M.W Maimone (2007) ، "المفاضلات بين القيادة الموجهة والمستقلة على متن مركبات استكشاف المريخ" ، المجلة الدولية لأبحاث الروبوتات ، 26 (1) ، 91-104
إي هاول ، رحلة رحلة المريخ على مسافة 41 كيلومترًا باتجاه "وادي ماراثون" ، مجلة الفضاء ، كانون الأول (ديسمبر) 2014.
T. Reyes ، رحلة لا تصدق ، تصل مركبة Curiosity إلى قاعدة جبل Sharp. مجلة الفضاء ، سبتمبر 2014.
يمكن أن تكون طائرة هليكوبتر "الكشفية" لروفر المريخ. بيان صحفي لمختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا. 22 يناير 2015.
الهندسة المجنونة: مروحية المريخ. مختبر ناسا للدفع النفاث.
الفضول - مختبر علوم المريخ ، ناسا.
المريخ - خطط روفر المستقبلية. وكالة ناسا
