36 شفرة طاقة: ناسا تخطط لإطلاق مروحية بحجم سيارة الدفع الرباعي إلى إنجنيويتيالمريخ بعد خسارة

تحطمت مؤخرًا مروحية إنجينيويتي المريخية التابعة لوكالة ناسا - أول طائرة تحلق على كوكب آخر - بسبب خلل في الملاحة. وعلى الرغم من هذه النكسة، فقد أثبتت رحلات إنجينيويتي الناجحة جدوى الاستكشاف الجوي على المريخ. وبعد نجاحها، تعمل وكالة ناسا على تطوير مروحية ثانية أكثر تقدمًا للاستكشاف الجوي. ومن المتوقع أن تكون مروحية المريخ الثانية أكبر من إنجينيويتي. وستكون بمثابة حصان عمل حقيقي، وقادرة على حمل وزن أكبر بكثير واستكشاف مسافات أكبر بكثير. ووفقًا لمختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا، فإن المروحية في "مراحل التصميم والتصميم المبكرة". وإذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، فقد تأخذ هذه المروحية الجديدة الاستكشاف الجوي للمريخ إلى المستوى التالي.

مفهوم جديد للمروحية

5 كجم

الحمولة العلمية المستهدفة للمروحية الجديدة مع قدرة على قطع 3 كيلومترات تقريبًا في اليوم المريخي.

ستكون المروحية المريخية المقترحة هذه عبارة عن مروحية أكبر حجمًا - بحجم سيارة رياضية متعددة الاستخدامات تقريبًا. علاوة على ذلك، ستتميز بستة دوارات، كل منها مزود بست شفرات. وفقًا للوصف الموجز لمفهوم مختبر الدفع النفاث، فإن تصميم مروحية المريخ سيسمح برحلات ممتدة، تغطي عدة كيلومترات في اليوم. سيتم تصميمها لحمل ما يصل إلى 11 رطلاً (5 كيلوغرامات) من المعدات العلمية لمسافات تصل إلى 1.9 ميل (3 كيلومترات) في اليوم المريخي. ستسمح هذه القدرة المتقدمة لعلماء الكواكب باستكشاف مناطق كبيرة من تضاريس المريخ بسرعة، بما في ذلك تلك التي لا يمكن الوصول إليها بواسطة المركبات الجوالة، وجمع بيانات علمية مفصلة. سيتم تجهيز مروحية المريخ بتكنولوجيا متطورة للهبوط بشكل مستقل. تعاون مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا ومركز أبحاث إيمز وشركة AeroVironment Inc. لتطوير هذا التصميم المقترح. يمثل الغلاف الجوي للمريخ، بكثافته المنخفضة للغاية، تحديًا كبيرًا للاستكشاف الجوي. ولكن هناك العديد من الفوائد المحتملة. إذ يمكن للمركبات الجوية التقاط صور عالية الدقة من الأعلى، وهو ما قد يؤدي إلى تحديد السمات الجيولوجية والمواقع المهمة علميًا للكشف عن الحياة الماضية. كما أنها تمكن من تغطية التضاريس بكفاءة، مما يسمح باستكشاف أسرع وأكثر شمولاً مقارنة بالمركبات الأرضية.

مهدت إنجينيويتي الطريق

أثبتت إنجينيويتي عمليًا أن الطيران على المريخ ممكن، ثم تجاوزت حدود مهمتها الأصلية بفارق كبير.

محطات بارزة في رحلة إنجينيويتي

الوصول إلى المريخ

في 18 فبراير 2021 وصلت إنجينيويتي إلى المريخ داخل مركبة بيرسيفيرانس.

أول رحلة تاريخية

في 19 أبريل 2021 أصبحت أول طائرة تقوم برحلة تعمل بالطاقة والتحكم على عالم آخر.

تجاوز التوقعات

خُطط لها خمس رحلات فقط، لكنها أكملت 72 رحلة ناجحة وقطعت أكثر من 17 كيلومترًا.

سجل زمني طويل

بحلول 18 يناير 2024 سجلت أكثر من 128 دقيقة من وقت الرحلة.

نهاية الطيران واستمرار الإرث

في رحلتها الأخيرة تعذر على نظام الملاحة تتبع معالم السطح بما يكفي، فحدث هبوط صعب أتلف شفرات الدوار، لكنها ستواصل جمع بيانات الطقس على المريخ.

في 18 فبراير 2021، وصلت إنجينيويتي إلى المريخ، بعد نقلها إلى هناك داخل مركبة بيرسيفيرانس. حققت إنجينيويتي إنجازًا تاريخيًا في 19 أبريل 2021. ومن المثير للاهتمام أنها أصبحت أول طائرة تقوم برحلة تعمل بالطاقة والتحكم في عالم بعيد. صُممت إنجينيويتي لمهمة تجريبية قصيرة، وتجاوزت التوقعات بكثير. في البداية، كان من المخطط لها القيام بخمس رحلات فقط، وأكملت 72 رحلة ناجحة، غطت أكثر من 17 كيلومترًا (10.7 ميل). وبحلول 18 يناير 2024، سجلت أكثر من 128 دقيقة من وقت الرحلة. بين الرحلة 72، لم يتمكن نظام الملاحة من تتبع عدد كافٍ من ميزات السطح بشكل ثابت بعد 20 ثانية من الرحلة. أدى هذا إلى هبوط صعب، مما أدى إلى إتلاف شفرات الدوار المستخدمة في الطيران. على الرغم من انتهاء عمليات الطيران، ستبقى إنجينيويتي على المريخ وتواصل جمع البيانات القيمة عن طقس الكوكب. إن إرث إنجينيويتي سيستمر من خلال بيانات رحلاتها، والتي ستستمر في تقديم رؤى قيمة حول الغلاف الجوي وتضاريس المريخ. والأهم من ذلك، أن رحلات إنجينيويتي الناجحة على المريخ أثبتت أن الطيران باستخدام محركات على كوكب آخر ممكن.

المقارنة: مروحية المريخ مقابل إنجينيويتي

توضح المقارنة أن التصميم الجديد لا يوسع الحجم فقط، بل يضيف حمولة ومدى ودورًا علميًا وتشغيليًا أوسع بكثير.

فروق رئيسية بين المروحيتين

العنصر	إنجينيويتي	مروحية المريخ المقترحة
الحجم	تشبه طائرة بدون طيار صغيرة	بحجم سيارة رياضية متعددة الاستخدامات تقريبًا
الدوارات	أصغر وأبسط	6 دوارات، لكل منها 6 شفرات
الحمولة	من دون سعة حمل علمية مماثلة	حتى 5 كيلوغرامات
المدى اليومي	رحلات قصيرة نسبيًا	حتى 3 كيلومترات في اليوم المريخي
الدور المتوقع	إثبات إمكانية الطيران	استطلاع ورسم خرائط وبحث علمي أوسع

يمثل كشف وكالة ناسا عن مفهوم "مروحية المريخ" قفزة كبيرة في قدرات الاستكشاف الجوي للمريخ، مستوحاة من إنجازات إنجينيويتي، مروحية المريخ الأصلية. وبينما تشبه إنجينيويتي طائرة بدون طيار صغيرة، فإن مروحية المريخ قابلة للمقارنة في الحجم بسيارة رياضية متعددة الاستخدامات، وتفتخر بزيادة كبيرة في الحجم والقدرة. مع ستة دوارات، كل منها مزود بست شفرات، تم تصميم مروحية المريخ للتنقل في الغلاف الجوي المريخي الرقيق، والذي يمثل بيئة صعبة مع الغبار وكثافة الهواء المنخفضة التي تتطلب هندسة متقدمة لتحقيق رحلة مستدامة. يسمح تصميم مروحية المريخ لها بحمل حمولة تصل إلى 5 كيلوغرامات، وهي ميزة تفوق قدرات إنجينيويتي بشكل كبير، والتي لم تتضمن سعة حمل الحمولة. تمكن هذه الميزة مروحية المريخ من لعب دور حيوي في مهام الاستطلاع ورسم خرائط التضاريس والبحث العلمي، والتي تعد حاسمة لدعم البعثات الروبوتية والمأهولة المستقبلية إلى الكوكب الأحمر. من حيث المدى التشغيلي، تعد Mars Chopper بمدى مذهل يصل إلى 3 كيلومترات، وهو ما يتجاوز بكثير الرحلات القصيرة الممكنة حاليًا مع Ingenuity. ومن المتوقع أن يؤدي هذا المدى، جنبًا إلى جنب مع زيادة سعة الحمولة, إلى تحويل الطريقة التي يتم بها إجراء الاستكشاف الجوي على المريخ، مما يسمح بإجراء دراسات واستكشاف أكثر شمولاً للمناظر الطبيعية المريخية.

تحديات الطيران على المريخ

🛰️

العوامل التي تعقد الطيران المريخي

الطيران على المريخ يتطلب معالجة متزامنة لقيود الرفع والغبار والحرارة والاتصال المتأخر مع الأرض.

غلاف جوي شديد الرقة

كثافة الغلاف الجوي أقل من 1% من كثافة غلاف الأرض، لذلك يحتاج توليد الرفع إلى دوارات أسرع وتصميم أكثر تخصصًا.

غبار يهدد الآليات

الغبار الناعم قد يتداخل مع الأجزاء المتحركة ويؤدي إلى أعطال أو تراجع في الكفاءة، ما يفرض حلول حماية قوية.

تقلبات حرارية قاسية

الفروق الكبيرة بين حرارة النهار وبرودة الليل قد تؤثر في المواد والأداء ما لم تُصمم المركبة لتحملها.

تأخير الاتصال

البعد بين الأرض والمريخ يعقد التحكم المباشر ويزيد الحاجة إلى أنظمة تشغيل وهبوط مستقلة.

يطرح الطيران على المريخ العديد من التحديات الفريدة بسبب ظروفه الجوية والعوامل البيئية. إن أحد العوائق الرئيسية هو الغلاف الجوي الرقيق على المريخ، والذي يقل كثافته عن 1% من كثافة الغلاف الجوي للأرض. وهذا يعني أن إنشاء الرفع لأي مركبة جوية يتطلب دوران الدوارات بسرعة أكبر بكثير مما قد يحدث على الأرض، مما يزيد من الطلب على نظام دفع المروحية. يجب على المهندسين تصميم الدوارات بقدرات فريدة للتعامل مع هذه البيئة منخفضة الكثافة بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، يشكل غبار المريخ مخاطر كبيرة. يمكن أن تتأثر آليات المروحية، وخاصة الأجزاء المتحركة، بشدة بالغبار الناعم الذي يغطي سطح المريخ. يمكن أن يتداخل هذا الغبار مع التشغيل الميكانيكي، مما قد يتسبب في حدوث أعطال أو انخفاض الكفاءة. تتطلب هذه التحديات حلولاً هندسية قوية لحماية المكونات الحيوية من المشكلات المتعلقة بالغبار. كما تزيد تقلبات درجات الحرارة من تعقيد الطيران على المريخ. يمكن أن تؤثر درجات الحرارة الشديدة على المواد المستخدمة في بناء الطائرات، مما يؤدي إلى تدهور الأداء المحتمل. تم تصميم المركبات لتحمل البيئة الحرارية القاسية، والتي تشمل تقلبات درجات الحرارة الشديدة من النهار إلى الليل. يؤدي تأخير الاتصال بين المريخ والأرض إلى تعقيد العمليات بشكل أكبر.