چالش‌های ناسا در ساخت وسایل نقلیه برای پیمایش ماه و مریخ چیست؟

آژانس‌های فضایی درحال همکاری با خودروسازان برای ساخت مریخ‌نوردهای جدید یا بهینه‌سازی وسایل نقلیه تجاری برای ماموریت‌های آینده به ماه و مریخ هستند.

در میان تمام ماموریت‌های مختلف ناسا، باید این نکته را در نظر داشت که ماموریت‌های «آپولو» اولین و تنها ماموریت‌هایی هستند که انسان را به سیاره دیگری فرستاده‌اند. باتوجه به شرایط کنونی کره زمین از نظر محیط‌زیست، نیاز به وسایل حمل و نقل بدون کربن احساس می‌شود؛ وسایل نقلیه ماه‌گردی آپولو که با باتری کار می‌کنند، از این نظر بسیار مناسب هستند.

فضانورد «دیوید اسکات» که اولین کسی بود که در ماموریت آپولو 15 به ماه رفت، درباره این وسایل نقلیه گفت: «کار ما را راه می‌اندازند و برای چنین سفری مناسب هستند.» فضانوردان دیگر نیز در ماموریت‌های آپولو 16 و 17 از این دسته لوازم نقلیه استفاده کردند. این لوازم نقلیه الکتریکی با سرعتی در حدود 18 کیلومتر در ساعت به صورت یکبار مصرف در نظر گرفته می‌شدند و پس از پایان ماموریت باید دور انداخته می‌شدند.

امروزه ناسا مجددا در تلاش برای ارسال فضانوردان به کره ماه است: ماموریت «آرتمیس III» که قرار است در سال 2025 چند نفر را از منطقه‌ای نزدیک به قطب جنوب به ماه بفرستد. اما این بار یک سفینه فضایی همانند آپولو کافی نیست. هدف ناسا از انجام ماموریت‌های آرتمیس کاوش در آن منطقه به مدت یک هفته است تا اطلاعات بشر از کره ماه افزایش یابد. ناسا همچنین قصد دارد محلی را به عنوان کمپ اصلی درنظر بگیرد تا در ماموریت‌های بعدی انسان‌ها را تحت یک سفر گردشگری فضایی به ماه بفرستد. برای چنین عملیات‌هایی، نیاز به وسیله نقلیه مناسب با استقامت بالا احساس می‌شود. در آگوست گذشته، ناسا در ویدیویی اعلام کرد که نیاز به ساخت یک فضاپیمای جدید با ویژگی‌های خاص دارد.

نکته مهم این است که وسایل نقلیه‌ای که روی سطح سیاره حرکت می‌کنند، تنها یکی از اعضای ناوگانی هستند که ماموریت آرتمیس را پشتیبانی می‌کند. مریخ نورد قمری اکتشافی «VIPER» قادر است به مدت 100 روز بدون سرنشین در اطراف قطب جنوب در ماه در جستجوی آب و یخ پرسه بزند. آژانس فضایی از سوی دیگر درحال بررسی یک وسیله دیگر است – یک سکوی متحرک قابل سکونت که قادر است خدمه پرواز فضایی را برای 45 روز در سطح سیاره جابجا کند.

طراحی وسیله نقلیه

طبق قوانین ناسا، وسیله نقلیه‌ای که بر سطح سیاره حرکت می‌کند، باید طوری طراحی شود که حداقل یک دهه دوام آورد. این وسیله باید ماموریت‌هایی با طول مدت یک هفته و دو هفته را پشتیبانی کند و همچنین باید بتواند سطح ماه را به صورت مستقل کاوش کند. طراحی ظاهری آن نیز باید استانداردهایی را رعایت کند. این استانداردها شامل مواردی می‌شوند که درنهایت منجر به بهبود شرایط فرود انسان بر روی ماه می‌گردند.

در پاسخ به این چالش‌ها، آژانس فضایی از تجربه خود در صنعت خودروسازی تجاری استفاده کرده است. در این پروژه حداقل دو شرکت با یکدیگر رقابت می‌کنند: یکی از آن‌ها «جنرال موتورز» و دیگری «لاکهید مارتین» است. شرکت‌های دیگر از جمله «Northrop Grumman» ،«AVL» ،«Intuitive Machines» ،«Lunar Outpost» و «Michelin» نیز بر سر موضوعات مختلف در این پروژه رقابت می‌کنند. دانشمندان سیاره‌شناسی حتی به فراتر از این نیز فکر کرده‌اند: کارگاه موسسه فضایی «Keck»، آژانس‌ها، محققان دانشگاهی و صنعتی در تلاش هستند تا این استانداردها را برای سفرهای توریستی-فضایی مریخ نیز اعمال کنند و از تجربیات خود در زمینه ارسال انسان به ماه در این زمینه استفاده کنند.

در اطراف اقیانوس آرام، ژاپن درحال انجام پروژه‌ای مشابه است. آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن، «JAXA» با «نیسان» و «تویوتا» در دو پروژه با هدف ساخت وسیله نقلیه فضایی همکاری می‌کند. در ماه دسامبر، نیسان از یک نمونه اولیه ماه‌ نورد بدون سرنشین پرده‌برداری کرد که دارای موتورهای الکتریکی عقب و جلو است تا بتواند در سطوح ناهموار حرکت کند. در همین حال، تویوتا در حال طراحی یک ماه نورد است که قابلیت حمل خدمه را دارد و از سلول‌های سوختی هیدروژنی نیرو می‌گیرد – به نظر می‌رسد این ماه نورد دقیقا همان ساختار پلتفرم قابل تحرک ناسا را دارد. مقامات تویوتا در ژانویه اعلام کردند که پس از استقرار ماه نورد، این شرکت قصد دارد با استفاده از تجربیات بدست آمده، دست به ساخت مریخ نورد بزند.

«پل نایلز»، دانشمند سیاره‌شناسی در مرکز فضایی «جانسون» ناسا می‌گوید: «ما درحال تلاش برای ساخت وسیله‌ نقلیه‌ای هستیم که بتواند بر سطح ماه حرکت کند – یک ماه نورد بی‌عیب و نقص. هدف ما مشترک است، پس مسیر ما همگرا خواهد شد. قطعا تکنیک‌هایی که در ساخت این وسیله به کار می‌روند، مشابه هستند. از سوی دیگر، برخی تفاوت‌های موجود میان ماه و مریخ سبب می‌شود استفاده از ماه نورد برای نوردیدن سطح مریخ مشکل باشد. اما می‌توان از تجربه‌های بدست آمده استفاده کرد.»

از سوی دیگر مشکل پرتاب این وسیله نقلیه نیز وجود دارد. وی ادامه می‌دهد: «شرکت فضایی «اسپیس ایکس» امیدوار است بتواند هزینه «استارشیپ» را تا حد زیادی کاهش دهد. موشک باربری که به نظر می‌رسد قابلیت استفاده مجدد از آن وجود دارد، درحال ساخت است. بدین ترتیب می‌توان هر وسیله نقلیه‌ای را با هر ابعادی به فضا فرستاد. شرکت اسپیس ایکس قبلا این کار را انجام داده است. اکنون نیز طرح‌های تازه‌ای برای ارتقای کار خود دارد.»

وسیله نقلیه‌ای که ساخته می‌شود، باید قابلیت هم‌دمایی داشته باشد. به عبارت دیگر، از آنجا که این وسیله روی سطوح با دمای غیرمعمولی قرار می‌گیرد، باید جنس بدنه خاصی داشته باشد. نیلز می‌گوید: «مریخ تنها نیمی از تابش گرمایی خورشید را نسبت به زمین دریافت می‌کند. از سوی دیگر جو سیاره سرخ آنقدر ضعیف است که نمی‌تواند گرمای زیادی را درون خود حفظ کند. گرم‌ترین روزهای مریخ دمایی در حدود دمای قله اورست دارند. درحالیکه سنگ‌های روی مریخ می‌توانند تا حدود صفر درجه سانتی‌گراد گرم شوند، هوا بسیار سرد است.»

وضعیت در ماه بسیار حادتر است. ماه با سرعت کمتری از زمین می‌چرخد. بنابراین یک روز قمری حدود 29.5 روز زمینی طول می‌کشد. این بدان معناست که یک ماه نورد – یک وسیله نقلیه چند منظوره – باید مدت زمان بیشتری را کار کند. دما در روزهای قمری می‌تواند به 127 درجه سانتی‌گراد برسد. اما در شب‌های قمری دما به 173- درجه سانتی‌گراد می‌رسد. علاوه بر این، فقدان جو که گرما را به صورت یکنواخت در سطح سیاره پراکنده کند، سبب می‌شود که مناطق سایه‌دار به شدت سردتر باشند، حتی در طول روز قمری. برای اینکه یک وسیله نقلیه بتواند در چنین شرایطی دوام بیاورد، باید به نحوی انرژی ذخیره کند و گرما را در طول شب قمری بدون دسترسی به منبع انرژی (خورشید) حفظ کند. از سوی دیگر، باید همچنان از گرم شدن بیش از حد در هنگام قرار گرفتن در معرض نور شدید خورشید برای مدت طولانی جلوگیری کند.

«درک هاجنز»، رهبر استراتژی اکتشاف ماه می‌گوید: «توانایی زنده ماندن در شب‌های بسیار سرد ماه امری بسیار مهم است. وسیله نقلیه باید کاملا توانایی تطبیق با آن شرایط را داشته باشد.»

مانع دیگری که بر سر راه یک وسیله نقلیه در پیمودن ماه یا مریخ وجود دارد، تشعشعات است. اتمسفر و میدان مغناطیسی زمین همانند سپر در برابر ذرات پرانرژی پرتاب شده توسط خورشید و پرتوهای کیهانی هستند که می‌توانند بسیار آسیب‌زننده باشند و مواد را تخریب کنند. اما ماه و مریخ، هیچ یک چنین سپری ندارند. «جف نیلد»، مدیر محصول و تجربه طراحی صنعتی جهانی در جنرال موتورز می‌گوید: «مریخ نوردهایی که قرار است سال‌ها بر سطح این سیاره فعالیت کنند، باید از وسایل الکترونیکی ساخته شده باشند که در برابر چنین تشعشعاتی مقاوم هستند و قطعات آن‌ها در این شرایط آسیب نمی‌بیند.»

درنهایت، ماه و مریخ دارای میدان گرانشی بسیار ضعیف‌تری نسبت به زمین هستند که می‌تواند به‌طور نامحسوسی برعملکرد یک وسیله نقلیه اثر بگذارد. گرانش کمتر درواقع سبب می‌شود تا سرعت فرار از سطح سیاره بسیار کمتر باشد. «بتانی اهلمن»، دانشمند سیاره‌شناسی در موسسه فناوری کالیفرنیا می‌گوید: «باید تمام محاسبات لازم برای ساخت یک وسیله نقلیه فضایی را برای یک گرانش متفاوت از سطح زمین انجام دهیم.»

راه‌حل رسیدن به سطح مریخ یا ماه چیست؟

شرکت‌های مذکور با وجود چنین چالش‌ها و پیچیدگی‌هایی از این کار منصرف نشده‌اند و درحال تولید نمونه‌های اولیه خود هستند. ناسا آگهی‌های متعددی ثبت کرده است که در آن‌ها از مردم می‌خواهد ایده‌های جدید و تازه خود در زمینه وسیله نقلیه قمری را ثبت کنند. اما هنوز هیچ پیشنهادی که کارایی داشته باشد و شرکت نیز توانایی پرداخت هزینه آن را داشته باشد، ثبت نشده است.

نیلد می‌گوید: «هیچوقت یک سیستم فضایی انسانی که فضانوردان آمریکایی را به فضا برده است، به‌طور 100 درصد توسط صنعت شناخته شده پیشین ساخته نشده است. همیشه نیاز به تکنولوژی جدیدی در این زمینه احساس می‌شود.»

رقابت جنرال موتورز و لاکهید مارتین رقابتی جذاب است. طبق گفته هاجنز، ماموریت‌های آپولو تا 700 درصد بازده سود سرمایه‌گذاری برای شرکای صنعتی به همراه داشته است. این شرکت‌ها نیز در صورتی که بتوانند استانداردهای لازم را رعایت کنند و از پس چالش‌های ذکر شده برآیند، سود بسیار خوبی بدست می‌آورند.

این وسایل نقلیه باید همانند نمونه‌های مریخ نورد دیگر که هم‌اکنون نیز درحال کاوش مریخ هستند، امکان فرود مطمئن بر سطح سیاره را داشته باشند. از سوی دیگر باید قادر به جمع‌آوری نمونه برای ارسال به زمین و انجام مطالعات بیشتر باشند. نحوه طراحی کابینی که خدمه در آن حاضر می‌شوند نیز، مسئله مهمی است. شرکت‌های خودروسازی باید این نکات را به بهترین نحو ممکن پیش ببرند تا نتیجه‌ای مطلوب و به‌صرفه بدست آید.

از سوی دیگر، برخی دانشمندان چنین طراحی‌های اختصاصی برای وسیله نقلیه را صحیح نمی‌دانند و عقیده دارند باید ساختاری جامع را تهیه کرد که برای انواع وسایل نقلیه کاربرد داشته باشد. سپس می‌توان این سیستم را برای هرنوع عملیاتی چنان تغییر داد که کارا باشد. یکی از اعضای تیم‌های تحقیقاتی که چنین نظری دارد، می‌گوید: «اگر وسایل نقلیه طوری ساخته شوند که بتوان از آن‌ها در ماموریت‌های مختلف استفاده کرد، قطعا هزینه هر پروژه و سفر بسیار کمتر خواهد بود زیرا تنها نیاز است که برخی قطعات تعویض شوند. همچنین مدت زمان کمتری نسبت به ساخت یک وسیله نقلیه به صورت کامل سپری می‌شود.»

براساس این ایده، خودروهای الکتریکی که بتوانند در دمای پایین عملکرد مطلوب داشته باشند، گزینه مناسبی برای پیمودن سطح مریخ هستند. در این حالت، علیرغم وجود اختلاف فشار جو در زمین و مریخ، اجزای مهر و موم شده این خودروها تحت تاثیر فشار قرار نمی‌گیرند. این خودروها آزمایشات بسیاری را با موفقیت پشت سر گذاشته‌اند تا پا به بازار جهانی بگذارند – برخلاف مریخ نوردهایی که هنوز باید آزمایشات بسیاری روی آن‌ها انجام داد تا مورد تائید قرار گیرند.

با این‌حال، متخصصین ناسا عقیده دارند این ایده تنها در حد یک ایده باقی می‌ماند. آن‌ها باور دارند که برای قدم گذاشتن بر سطح سیارات دیگر باید به سراغ ایده‌هایی رفت که متفاوت هستند.