۷ دقیقه رعب و وحشت: سلسله فرود دلهره آور مریخ نورد Perseverance

تصور کنید: شما یک مریخ نورد میلیارد دلاری را برای بررسی یک سیاره طراحی کرده و ساخته اید و آن را به فضا پرتاب کرده اید. و سر انجام در سفری هفت ماهه به مریخ و گذشتن از تاریک ،سرانجام به مقصد رسیده است. اکنون ، فقط باید آن را به سطح سیاره برسانید تا آنچه که هدف نهائیتان بود، یعنی کاوش را شروع کند.

اینجاست که رعب وحشت شما شروع می شود. هواپیمای شما با برخورد به جو مریخ با سرعت بیش از ۱۲۰۰۰ مایل در ساعت حرکت خواهد کرد – و این جو چنان نازک است که چترها در آنجا متفاوت از زمین کار می کنند. پیش بینی نوسانات سرعت باد و میزان گرد و غبار در جو بسیار دشوار است و می تواند بر فرود تأثیر بگذارد. و شما باید مریخ نورد ۲۲۰۰ پوندی خود را به آرامی پایین بیاورید تا چیزی شکسته نشود.
علاوه بر همه اینها ، مریخ آنقدر دور است که نزدیک ۲۰ دقیقه تأخیر در برقراری ارتباط وجود دارد ، بنابراین نمی توانید در زمان واقعی چیزی را کنترل کنید. شما باید کار را برای فرود خود برنامه ریزی کنید و پس از شروع فرود ، دیگر نمی توانید عملی برای کمک به آن انجام دهید. فقط می توانید بنشینید و تماشا کنید که فضاپیمای گرانبهای شما به سمت سطح سیاره حرکت می کند ، در دوره ای که مهندسان آن را “هفت دقیقه وحشت” می نامند.

نظارت بر این وحشت دلهره آور، کار واقعی Gregorio Villar ، مهندس سیستم در تیم ورود، نزول و فرود (EDL) برای مریخ نورد Perseverance در آزمایشگاه پیشرانه جت NASA (JPL) است. او در مورد آنچه برای فرود یک مریخ نورد در مریخ لازم است ، به ما گفت.

سفر به مریخ

مریخ نورد در قسمتی از مأموریت موسوم به کروز ، با سلامتی در یک فضاپیما به مریخ سفر می کند. در طول این سفر ، مهندسان مراقب سفینه هستند و تنظیمات کوچکی در مسیر پرواز آن انجام می دهند تا از مسیر درست خو خارج نشود.

با نزدیک شدن فضاپیما به مدار مریخ ، مهندسان آخرین فرصت را برای ایجاد هرگونه تغییر سرعت و جهت آن انجام می دهند. یکی از مهمترین وظایف مهندسان قبل از شروع فرود این است که آنها فضاپیما را از موقعیت خود نسبت به کره زمین با حداکثر دقت مطلع کنند تا روند فرود دقیقاً در مکان مناسب آغاز شود.
پنج روز قبل از برنامه ریزی فرود ، دستور داده می شود که هواپیما ورود ، فرود و دنباله خود را آغاز کند و سیستم های خودمختار آماده سازی برای فرود را آغاز کنند. ویلار گفت: “از آن زمان به بعد ، بیشتر کاری که فضاپیما انجام می دهد خودکار است.”

تأخیر در زمان های ارتباطی بین زمین و مریخ به این معنی است که پس از اجرای دستور ، مهندسان فقط می توانند به بهترین ها امیدوار باشند. وی گفت: “ما واقعاً نمی توانیم فضاپیما را کنترل کنیم.” “کل توالی فرود در واقع توسط خود فضاپیما انجام می شود. ما اصلاً به آن دست نمی زنیم. “

سیستم EDL مورد استفاده توسط Perseverance مشابه سیستمی است که برای فرود مریخ نورد قبلی NASA ، Curiosity استفاده شد ، که در سال ۲۰۱۲ لمس شد. و این به تیم اطمینان می دهد که سیستم دوباره کار خواهد کرد. اما ماهیت ماموریت به این معنی است که آزمایش روند فرود از ابتدا تا انتها غیرممکن است.

پیمایش در جو

فضاپیما پس از رسیدن به این سیاره ، دیگر نیازی به صفحات خورشیدی ، رانشگرها و مخازن سوختی که در سفر خود آن را حمل کرده، ندارد. بنابراین حدود ۱۰ دقیقه قبل از رسیدن به جو ، مرحله کروز خود را به زمین می اندازد.

ویلار گفت: “اکنون ، تنها چیزی که شما باقی مانده است آئروشل ماست.” “این اساساً یک کپسول است که حاوی مریخ نورد است.”

این ایروشل از مریخ نورد هنگام ورود به جو با سرعت ۱۲۰۰۰ مایل در ساعت محافظت می کند ، زیرا اصطکاک باعث ایجاد دمای بسیار بالا می شود. سپر حرارتی کپسول به دمای حداکثر ۲۳۷۰ درجه فارنهایت (حدود ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد) می رسد ، اما محافظ آن چنان موثر است که مریخ نورد داخل آن در دمای مناسب باقی می ماند.
هنگامی که سرعت فضاپیما به حدود ۹۰۰ مایل در ساعت کاهش می یابد ، در ارتفاع حدود ۷ مایل ، یک چتر را باز می کند. ویلار گفت: “نهصد مایل در ساعت هنوز بسیار بسیار سریع است.” “بنابراین این چتر به ما کمک می کند سرعت خود را بیشتر کاهش دهیم.”

او همچنین توضیح داد : قطر چتر نجات مافوق صوت ۷۰ فوت است و دارای برخی از نسخه های پیشرفته تر از مورد استفاده شده توسط Curiosity است. “چتر نجات ما قویتر از آنچه در کنجکاوی داشتیم است. در اصل همان اندازه است ، فقط از مواد قویتر ساخته شده است “.

نزدیک شدن به سطح

با نزدیک شدن فضاپیما به سطح مریخ، سیستم جدید دیگری از آن وارد عمل می شود. و Terrain Relative Navigation نامیده می شود ، با استفاده از دوربینی تصاویر سطح زیر را می گیرد و اطلاعات مربوط به زمین را با نقشه هایی که در رایانه داخلی خود ذخیره کرده است مقایسه می کند. با استفاده از این اطلاعات ، می تواند منطقه ایمنی را برای فرود، جایی که هیچ گونه خطری مانند سنگ های بزرگ ندارد و عوامل دیگر نباشد را می یابد.
ویلار گفت ، مأموریت های قبلی سعی می کردند “در مناطق مسطح – آنچه ما” پارکینگ “می نامیم ، فرود آیند. “صحراهای واقعاً هموار و امن در مریخ.” این مناطق کمترین خطری را دارند که هنگام فرود مشکلاتی ایجاد کنند ، اما از نظر علمی جالب ترین مناطق برای کاوش نیستند. دانشمندان غالباً مایل به کشف مناطق صخره ای هستند و سیستم جدید فرود اجازه می دهد تا استقامت در مناطقی که دانشمندان واقعاً می خواهند از آنها بازدید کنند ، فرود آید.

تاکنون ، چتر نجات سرعت فضاپیما را به سرعت ۲۰۰ مایل در ساعت کاهش داده است ، اما برای فرود ایمن همچنان باید سرعت بیشتری را بپیماید. بنابراین چتر جدا شده و یک جت پک هشت موتوره شروع به کار می کند. موتورهای جت پک به سمت زمین و آتش می شوند تا سرعت حرکت را کند کنند.

Villar توضیح داد: “این جت پک و مریخ نورد اساساً از کپسول جدا می شوند،” و وقتی حدود ۶۰ فوت از سطح فاصله دارد ، جت پک مریخ نورد را به آرامی توسط کابل ها پایین می آورد. هنگامی که مریخ نورد به آرامی با زمین تماس می گیرد ، کابل ها از مریخ نورد جدا می شوند و جت پک پرواز می کند و دور می شود. “

تصویری از مریخ نورد NASA’s Perseverance هنگام آتش زدن موتورهای مرحله نزول خود

این فرآیند که مانور اسکیکراین نامیده می شود ، اختراع جدیدی برای فرود Curiosity بود. هرچقدر پیچیده باشد ، این یک گام مهم به جلو از مأموریت های قبلی مریخ بود ، که از کیسه های هوا برای بالشتک کردن فرود مریخ نوردانی مانند Spirit و Opportunity استفاده می کرد. این مریخ نوردها از کنجکاوی یا پشتکار کوچکتر بودند – و از همه مهمتر جرم کمتری دارند. ویار گفت: “ما توانستیم از کیسه های هوا استفاده کنیم زیرا ساختار کیسه های هوا قادر به تحمل این نوع فرودهای سخت با جرم کوچکتر در داخل بود.” “کنجکاوی بدلیل جرم زیاد، کیسه های هوا قادر به پشتیبانی از ساختار آن نبودند.

مسئله دیگر کیسه های هوا ، صحت محل فرود بود. “شما این کیسه های هوا را رها می کنید ، و آن به اطراف جست و خیز می زند. و این دقت فرود را پایین می آورد ” “اما با فرود نرم [مانند پشتکار] ، اکنون می توانید دقیقاً همان جایی مد نظرتان است فرود بیایید.”

نمای جدیدی از روند فرود

یکی از به روزرسانی های مهیج ، البته آزمایشی ، انجام شده در سیستم فرود Perseverance ، مجموعه ای از دوربین ها است که برای ثبت فرود نصب شده است. کنجکاوی فقط یک دوربین EDL داشت که روی مریخ نوردی بود که به سمت پایین زمین را نشان می داد ، اما Perseverance دوربین هایی در سراسر سیستم EDL دارد.

این دوربین ها روند فرود آمدن مریخ نورد را از زوایای گوناکون نشان می دهد و آنها را برای تحقیقات و عملکرد های سیستم فرود در مطالعات بعدی بکار میگیرند.

و انگشتانی که برای فرود نرم صلیب می شوند

وقتی روز فرود به ۱۸ فوریه می رسد ، اولین تجربه فرود ویلار نخواهد بود. وی همچنین در سال ۲۰۱۲ در پروژه کنجکاوی بکار گرفته شده بود.
وی گفت: “همه چیز بسیار پیچیده تر از آن است که در روزهای کنجکاوی فکر می کردم.” “این اعصاب خردکن است زیرا این یک سیستم پیچیده ایست که در آن هر مشکلی ممکن است رخ دهد.” اما وی از فداکاری و سخت کوشی همکارانش تعریف و تمجید کرد و گفت که آنها اطمینان دارند که همه تلاش خود را انجام داده اند تا مأموریت بیشترین شانس موفقیت را داشته باشد.

وی گفت: “مهمترین چیز این است که همه ما بابت کارهایی که انجام داده ایم راحت هستیم و همه کارهایی را که فکر می کنیم می توانیم انجام دهیم انجام داده ایم.” “چه یک روز خوب داشته باشیم و چه یک روز بد ، ما بهترین کارها را که می توانستیم انجام داده ایم.”