خبر کامل
راز شکست کاوشگرهای فضایی: درک ناقص از فیزیک سطوح سیارات
با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری فضایی، بسیاری از مأموریت‌های فرود بر سطح ماه و مریخ با شکست مواجه شده‌اند. این ناکامی‌ها، از جمله گیر افتادن مریخ‌نورد اسپیریت در شن‌های مریخ، پرسش‌های جدی درباره درک ما از فیزیک سطوح سیارات دیگر مطرح کرده است.
چالش‌های فرود و حرکت در فضا
کاوشگرانی که برای فرود روی سطح ماه یا حرکت بر روی مریخ ارسال می‌شوند، اغلب در لحظات پایانی مأموریت دچار مشکل می‌شوند. این شکست‌ها، که نمونه بارز آن مریخ‌نورد اسپیریت ناسا است که به دلیل گرفتار شدن در شن‌های نرم مریخ از حرکت بازماند، نشان‌دهنده یک چالش اساسی در درک ما از محیط‌های فرازمینی است.
یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که علت مشترک این شکست‌ها ممکن است در درک ناکافی ما از فیزیک سطوح اجرام منظومه شمسی و پیچیدگی‌های آن‌ها نهفته باشد.
شبیه‌سازی‌های زمینی و محدودیت‌های آن‌ها
آژانس‌های فضایی، از جمله ناسا، برای طراحی مأموریت‌های فرود و حرکت در سیارات دیگر، معمولاً به دنبال محیط‌های مشابه روی زمین برای انجام آزمایش هستند. به عنوان مثال، مریخ‌نوردهای ناسا در محوطه‌ای مخصوص به نام «مارس یارد» در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL) که سطوح مریخی را شبیه‌سازی می‌کند، مورد آزمایش قرار گرفته‌اند.
برایان مارتین، مدیر نرم‌افزار پرواز و آزمایشگاه‌های JPL، در مورد یکی از آزمایش‌ها می‌گوید: «آیا سنگ‌ها با اندازه و اشکال مختلف در میدان دید، به موانع تبدیل می‌شوند یا خیر؟ ما بسیاری از این موارد را آزمایش می‌کنیم تا بفهمیم که باید از چه چیزهایی اجتناب کنیم. آنچه در اینجا روی زمین با اطمینان پشت سر گذاشته‌ایم، به رانندگان مریخ‌نورد کمک کرده تا مسیرهای خود را روی مریخ برنامه‌ریزی کنند. ما آزمایش‌های زیادی روی زمین انجام داده‌ایم و به آن اطمینان داریم. این روش کار می‌کند.»
دانشمندان برای جبران گرانش کم مریخ، جرم مریخ‌نوردهای آزمایشی را کاهش داده‌اند تا بهتر بفهمند چگونه با سطح زمین مقابله خواهند کرد. به عنوان مثال، جرم مریخ‌نورد کیوراسیتی از ۹۰۷ کیلوگرم به ۳۴۰ کیلوگرم کاهش یافته بود تا وزنش معادل آن چیزی بشود که در مریخ احساس می‌شود.
با این حال، مقاله جدید هشدار می‌دهد که این آزمایش‌ها ممکن است نتایجی «بیش‌ازحد خوش‌بینانه» ارائه دهند. دلیل این امر آن است که به دلیل کشش گرانشی بالاتر زمین، خاک بیابان موهاوی کالیفرنیا مقاومت بیشتری نسبت به مریخ نشان می‌دهد و می‌تواند تنش برشی بالاتری را بدون شکست تحمل کند. این موضوع منجر به ارزیابی بیش‌ازحد خوش‌بینانه‌ای از حرکت‌پذیری می‌شود.
در نتیجه، کاهش جرم مریخ‌نورد به تنهایی کافی نیست، مگر اینکه خاک نیز تغییر کند تا نیروی گرانشی پایین‌تر روی سیاره، ماه یا سیارک هدف را جبران کند. به طور خلاصه، آژانس‌های فضایی بیشتر روی تأثیر گرانش کمتر روی سطح‌نوردها تمرکز کرده‌اند و تأثیر گرانش پایین‌تر بر خاک، گرد و غبار و شن اجرام منظومه شمسی را نادیده گرفته‌اند.
راهکارهای نوین: شبیه‌سازی‌های مبتنی بر فیزیک
تیم پژوهشی در حین کار روی مأموریت لغو شده وایپر ناسا، از یک شبیه‌ساز فیزیکی متن‌باز به نام Project Chrono که در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون توسعه یافته، استفاده کرد. پژوهشگران دریافتند که بین شبیه‌سازی وایپر روی خاک نرم ماه و آزمایش‌های ناسا روی زمین، اختلاف زیادی وجود دارد.
دان نِگرات، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، در بیانیه‌ای گفت: «در نگاه به گذشته، ایده ساده است: ما باید نه تنها نیروی گرانش روی سطح‌نورد، بلکه تأثیر گرانش روی شن را نیز در نظر بگیریم تا تصویر بهتری از عملکرد کاوشگر روی ماه داشته باشیم. یافته‌های ما بر ارزش استفاده از شبیه‌سازی مبتنی بر فیزیک برای تحلیل حرکت‌پذیری سطح‌نورد روی خاک دانه‌ای را تأکید می‌کند.»
با بررسی بیشتر، تیم دریافت که آزمایش‌های تک‌چرخ ممکن است نتایج مطمئن‌تری نسبت به آزمایش‌های کامل سطح‌نورد ارائه دهند و کاهش جرم در آزمایش‌های کامل کاوشگر نیز ممکن است غیرضروری باشد.
نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که نیازی به حفظ هندسه سطح‌نورد و در عین حال کاهش جرم آن نبود. در واقع، خودرو استاندارد همان منحنی لغزش در برابر شیب را روی ماه و زمین تولید کرد. پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که مأموریت‌های آینده باید «به‌شدت بر مدل‌های ترامکانیک مبتنی بر فیزیک» برای طراحی سطح‌نوردها تکیه کنند.
این مطالعه در نشریه Journal of Field Robotics منتشر شده است.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
