ناسا دیوار صوتی مریخ را شکست: ملخه‌های مافوق صوت برای ماموریت «اسکای‌فال» آماده می‌شوند

در یک دستاورد چشمگیر برای اکتشافات فضایی، آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) با موفقیت ملخه‌های پیشرفته‌ای را آزمایش کرده است که در محیط شبیه‌سازی‌شده مریخ، با گذر از دیوار صوتی، افق‌های جدیدی را برای پرواز در سیاره سرخ گشوده‌اند. این آزمایش‌های نوآورانه که در یک محفظه خلأ تخصصی انجام شدند، راه را برای نسل بعدی هوانوردهای مریخی هموار می‌کنند که قادر به پرواز با سرعت‌های مافوق صوت بوده و می‌توانند بر چالش‌های ناشی از جو فوق‌العاده نازک مریخ غلبه کنند.

شکستن دیوار صوتی در مریخ

این ملخه‌های پیشرفته در طول ۱۳۷ آزمایش دقیق، به سرعت قابل توجه ۱.۰۸ ماخ دست یافتند. در حالی که سرعت صوت در زمین ۱۲۲۳ کیلومتر بر ساعت است، به دلیل چگالی جوی منحصربه‌فرد و دماهای انجماد در مریخ، این سرعت به تنها ۸۶۹ کیلومتر بر ساعت کاهش می‌یابد. این موفقیت چشمگیر، گام بزرگی در آماده‌سازی برای ماموریت «اسکای‌فال» (SkyFall) است که قرار است در سال ۲۰۲۸ به مریخ اعزام شود. ماموریت «اسکای‌فال» شامل اعزام هوانوردهایی خواهد بود که قابلیت حمل بارهای علمی بسیار سنگین‌تر را به سیاره سرخ دارند.

آل چن، مدیر برنامه اکتشاف مریخ در JPL، اظهار داشت: «ناسا با بالگرد مریخی نبوغ (Ingenuity) عملکرد بسیار خوبی داشت، اما ما از این هوانوردهای نسل جدید می‌خواهیم که در سیاره سرخ کارهای بیشتری انجام دهند. البته این درخواست آسانی نیست. در حالی که همه چیز در مورد مریخ سخت است، پرواز در آنجا تقریباً سخت‌ترین کاری است که می‌توانید انجام دهید، زیرا جو آن به طرز باورنکردنی نازک است که تولید نیروی بالابر در آن دشوار است. با این حال، مریخ گرانش قابل توجهی دارد.»

تکامل از میراث «نبوغ» به «اسکای‌فال»

پروژه جدید «اسکای‌فال» ناسا با تکیه بر میراث بالگرد «نبوغ» که در سال ۲۰۲۱ پرواز در مریخ را به اثبات رساند، نشان‌دهنده تغییری از نمایش‌های فناوری صرف به سمت اکتشافات علمی کاربردی است. این هوانوردهای نسل جدید به حسگرها و ابزارهای تخصصی برای جمع‌آوری داده‌های حیاتی در ارتفاعات پایین مجهز خواهند شد و پشتیبانی ضروری را برای ماموریت‌های رباتیک و سفرهای انسانی آینده به سیاره سرخ فراهم می‌کنند.

مهندسان برای تولید نیروی بالابری کافی در جو فوق‌العاده نازک مریخ که تنها یک درصد چگالی جو زمین را دارد، باید ملخه‌ها را با سرعت نزدیک به مافوق صوت بچرخانند. در حالی که بالگردهای زمینی مولکول‌های هوای زیادی برای ایجاد نیروی رانش در سرعت‌های پایین‌تر دارند، هواپیماهای مریخی مجبورند به سمت لبه صوتی حرکت کنند تا در هوا بمانند.

تیم توسعه بالگرد «نبوغ» برای مدیریت این خطر، سرعت چرخش را روی ۲۷۰۰ دور در دقیقه محدود کرده بود و یک حائل ایمنی را برای جلوگیری از فیزیک غیرقابل پیش‌بینی دیوار صوتی و تلاطم احتمالی ناشی از گرد و غبارهای مریخی حفظ کرد.

جاکو کاراس، سرپرست آزمایش ملخه‌ها از JPL، توضیح داد: «ما پروازهای «نبوغ» را طوری برنامه‌ریزی کردیم که نوک ملخه‌ها را در سرعت ۰.۷ ماخ و بدون باد نگه داریم تا اگر در حین پرواز با باد مخالف مریخی مواجه شدیم، نوک ملخه‌ها به سرعت مافوق صوت نرسند. اما ما عملکرد بیشتری از هوانورد مریخی نسل جدید خود می‌خواهیم. باید می‌دانستیم که ملخه‌های ما می‌توانند با خیال راحت سریع‌تر حرکت کنند.»

جزئیات پروژه «اسکای‌فال»

برای ارزیابی طرح‌های آینده بالگرد مریخی، مهندسان یک ملخه سه پره موسوم به «AeroVironment» را در شبیه‌ساز فضایی ۲۵ فوتی JPL آزمایش کردند. این ملخه با دی‌اکسید کربن و پوشش فلزی اصلاح شد تا شرایط مریخ را شبیه‌سازی کرده و از خرابی احتمالی پره‌ها جلوگیری کند.

تیم آزمایش، ملخه را تا رسیدن به ۳۷۵۰ دور در دقیقه (۰.۹۸ ماخ) زیر نظر داشت و متعاقباً بادهای مخالفِ به طور فزاینده‌ای قدرتمندی را برای آزمایش دوام ملخه‌ها در لبه دیوار صوتی اعمال کرد. با رساندن موفقیت‌آمیز نوک ملخه به سرعت ۱.۰۸ ماخ، ۳۰ درصد افزایش نیروی بالابری حاصل شد. این امر هواپیماهای مریخی آینده را قادر می‌سازد تا حسگرهای علمی سنگین‌تر و باتری‌های بزرگتری را حمل کنند.

این آزمایش‌ها به دو پره «اسکای‌فال» نیز تعمیم داده شد که به دلیل طول پره بیشتر، با سرعت کمتر از ۳۵۷۰ دور در دقیقه به سرعت‌های نزدیک به مافوق صوت رسید. این نتایج در کنار هم تأیید می‌کنند که این طرح‌های نسل جدید می‌توانند از عهده فیزیک شدید مورد نیاز برای پرواز طولانی و با عملکرد بالا در سیاره سرخ برآیند.