بالگرد مریخی: دهمین چهره یک کاوشگر

عصر دوشنبه، سی‌ام فروردین به وقت تهران، مهندسان پایگاه فضایی JPL ناسا موفق شدند تا نخستین پرواز هدایت‌شده بشر در خارج از زمین را بر روی مریخ به ثمر برسانند. این پرواز سه برابر نخستین پرواز برادران رایت در ۱۷ دسامبر ۱۹۰۳ به طول انجامید، اما مسیری چهار برابر کوتاه‌تر را طی کرد: از موضع استقرار بالگرد تا ارتفاع سه‌متری، و سپس بازگشت به همان موضع. این بالگرد کوچک موسوم به «اینجه‌نوئیتی» (به معنای نبوغ) در قالب یک طرح اثبات مفهومی به اتفاق مریخ‌نورد پرسی‌ویِرنس عزم مریخ کرده بود و هنوز چهار پرواز دیگر را نیز پیش رو دارد.

طرح یک «بالگرد» کاوشگر گرچه به امکان‌های بسیاری جامه عمل خواهد پوشاند و چراغ روشنی در راه آینده کاوش سیاراتی اعم از مریخ خواهد بود، اما تنها چهره یک کاوشگر بین‌سیاره‌ای هم نیست. در واقع یک بالگرد کاوشگر، دهمین چهره یک کاوشگر بین‌سیاره‌ای در تاریخ اکتشافات منظومه شمسی است.

سلفی سطح‌نشین پرسی‌ویرنس با اینجه‌نوئیتی / ناسا

هدف از اعزام اینجه‌نوئینی به مریخ آزمودن امکان پرواز هدایت‌شده در این سیاره است. از همین رو نیز هیچ ابزار علمی به‌خصوصی را حمل نمی‌کند. روبوتی به وزن تنها ۱.۸ کیلوگرم و ملخ‌هایی به طول ۱.۲ متر. این ملخ‌ها در جوی صد بار رقیق‌تر از جو زمین وظیفه جابجایی اینجه‌نوئینی را به عهده دارند، و لذا با سرعتی پنج برابر بالگردهای زمینی می‌چرخند. پرواز در مریخ، شبیه به پرواز در ارتفاع ۳۰ کیلومتری از سطح زمین است – ارتفاعی که تاکنون پای هیچ بالگردی در زمین به آن نرسیده. با این‌حال، شتاب جاذبه مریخ هم یک‌سوم زمین است، و همین امتیازی برای اینجه‌نوئیتی محسوب می‌شود.

این بالگرد در عین ریزاندامی، از قابلیت تاب‌آوری در شب‌های سرد مریخ (با دمایی به سردی منفی ۹۰ درجه سانتیگراد) نیز برخوردار است. بالگردهایی از این دست در آینده قادر خواهند بود به عنوان پیش‌گام مریخ‌نوردهای آتی به جهت تشخیص مسیر بهتر، سرعت پیشروی‌شان را تا سه برابر بهبود بخشند. اگرچه فرآیند تحقیق و توسعه اینجه‌نوئینی بالغ بر ۸۵ میلیون دلار هزینه برداشته، ولی با موفقیت مأموریت امید می‌رود این هزینه‌ها در قالب مأموریت‌های کاربردی‌تر به مراتب افت کند. این فرآیند در خصوص بسیاری از دیگر انواع کاوشگرهای بین‌سیاره‌ای نیز امتحان شده است.

در این مقاله نگاهی مختصر داریم به ۹ چهره دیگر یک کاوشگر بین‌سیاره‌ای که تاکنون در تاریخچه اکتشافات منظومه شمسی حضور فعال داشته‌اند، و هریک به فراخور مأموریت‌شان راهی به حل رازهای این منظومه گشوده‌اند.

۱) فضاپیمای کنارگذر (Flyby)

اولین نسل فضاپیماهای کاوشی منظومه شمسی که فقط از کنار هدف مأموریت خود عبور کرده، و طی فرصت کوتاه این عبور، اطلاعاتی از هدف را به زمین مخابره می‌کردند. امروزه نیز این نوع از فضاپیماها همچنان برای کاوش دوردست‌ترین اجرام منظومه ما کاربرد دارند، از این رو که برای رسیدن به آن اهداف در فرصتی معقول چاره‌ای جز افزایش بی‌حدو‌حصر سرعت فضاپیما نیست. در اینصورت، هنگامی که فضاپیما به مقصد رسید، دیگر سوخت کافی برای کاهش این سرعت و تزریق خود در مداری به گرد جرم هدف را نخواهد داشت. فضاپیمای «نیوهورایزنز» ناسا (به معنای «افق‌های نو») که راه کاوش پلوتو را گشود، جدیدترین نمونه از نسل این فضاپیماهاست.

این فضاپیماها به سبب احتیاج به ارتباط دائم با واحد هدایت زمینی، می‌بایست در تمام طول مسیر، آنتن خود را به سمت زمین نشانه روند و از همین‌رو به منظور حفظ تعادل، مدام به دور خود می‌چرخند. ابزارهای مستقر بر آنها نیز تنها به‌منظور کسب بیشترین اطلاعات در کوتاه‌ترین زمان ممکن طراحی شده‌اند. معروف‌ترین نوع از این فضاپیماها کاوشگر «ویجر ۲» است که در حدفاصل سال‌های ۱۹۷۹ تا ۱۹۸۹، از کنار چهار غول گازی منظومه ما (مشتری، زحل، اورانوس و نپتون) عبور کرد و هم‌اینک با خروج از منظومه شمسی، در فضای میان‌ستاره‌ای به راه خود ادامه می‌دهد.

طرحی از کاوشگر کنارگذر ویجر / ناسا

۲) مدارگرد (Orbiter)

متداول‌ترین نوع کاوشگرهای بین‌سیاره‌ای که به مجرد رسیدن به جرم هدف، به مداری در گرد آن جرم وارد می‌شوند. این فضاپیماها به ابزارآلاتی مجهزند که امکان نظارت مستمر بر جرم هدف و سنجش از دور را دارند، و همین‌طور از این قابلیت برخوردارند که در صورت قطع ارتباط با زمین یا قرار گرفتن در سایه جرم هدف، انرژی و اطلاعات خود را تا زمان بازگشت به شرایط عادی در خود ذخیره کنند. تاکنون خورشید، عطارد، زهره، ماه، مریخ، مشتری، زحل، سیاره کوتوله سرس، هسته دنباله‌دار ۶۷P، و چندین سیارک میزبان کاوشگرهای مدارگرد بوده‌اند.

۳) سطح‌نشین (Lander)

کاوشگرهایی با قابلیت فرود آرام بر سطح یک جرم، و مجهز به ابزارآلاتی برای بررسی مستقیم محیط، اعم از حفاری، نمونه‌برداری، و آزمایش میدانی. معروف‌ترین نوع سطح‌نشین‌ها سطح‌نشین‌های مریخی‌اند، اما زهره و ماه نیز میزبان سطح‌نشین‌های روبوتیک متعددی بوده‌اند. سطح‌نشین اروپایی «فیله» نخستین کاوشگری بود که در سال ۲۰۱۵ بر سطح هسته یک دنباله‌دار فرود آمد.

تصویر مدارگرد اروپایی روزتا از سطح‌نشین فیله بر سطح هسته دنباله‌دار 67P / سازمان فضایی اروپا، ESA

۴) سطح‌نورد (Rover)

پیچیده‌ترین و شناخته‌شده‌ترین نوع کاوشگرها که علاوه بر توانایی کاوش میدانی، قابلیت ناوبری و حرکت در سطح جرم هدف را نیز دارند. تاکنون فقط ماه و مریخ میزبان کاوشگرهای سطح‌نورد بوده‌اند.

۵) جَونورد (Atmospheric Spacecraft)

کاوشگرهایی ویژه به منظور کسب داده حداکثری در زمان کوتاه فرود در جو یک سیاره یا قمر. در سال ۱۹۹۵، مدارگرد گالیله برای اولین بار کاوشگری از این نوع را در جو متراکم مشتری رها کرد. بیشترین تعداد از کاوشگرهای جَونورد، با هدف کاوش جو زهره به کار رفته‌اند، چراکه سطح داغ و گدازان این سیاره شرایط میزبانی طولانی‌مدت از کاوشگرهای سطح‌نشین را ندارد. کاوشگر اروپایی هویگنس نیز اولین نمونه از این نوع کاوشگر در جو یک قمر بود که در سال ۲۰۰۵ اطلاعات ارزنده‌ای را از جو تایتان، تنها قمر جَودار منظومه شمسی در مدار زحل، به زمین مخابره کرد.

۶) برخوردگر (Impactor)

نوعی از فضاپیمای تهاجمی که در فاصله کوتاه نزدیک شدن به جرم هدف تا برخورد به سطح آن، اقدام به کسب داده و مخابره آن به زمین می‌کند. معروف‌ترین کاروان از کاوشگرهای برخوردگر، نسل فضاپیماهای رینجر بود که در فاصله سال‌های ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۵ به همین منظور به سمت ماه اعزام و برخورد داده شدند. جز این مأموریت‌ها، مأموریت بخشی از فضاپیمای «دیپ‌ایمَپکت» ناسا مربوط به سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۵ نیز برخورد دادن جسمی به هسته دنباله‌دار تمپل-۱ و کسب اطلاعات از محل برخورد بود.

نور شدید حاصل از برخورد برخوردگر فضاپیمای دیپ‌ایمپکت ناسا به هسته دنباله‌دار تمپل-۱ / ناسا

۷) حفّار (Penetrator)

کاوشگری با قابلیت حفاری و پیشروی در عمق خاک یک سیاره. تنها نمونه از این کاوشگرها، جفت مأموریت‌های «دیپ‌اسپیس-۲» بود که در سال ۱۹۹۹ به اتفاق «سطح‌نشین قطبی مریخ» عازم این سیاره شدند، اما در ورود به جو مریخ ناکام ماندند. هدف از این دو مأموریت ناکام، فرود بر سطح مریخ و نفوذ در حفره‌ای مصنوعی به عمق ۶۰ سانتیمتر بود تا داده‌هایی راجع به فیزیک خاک این سیاره به زمین مخابره کنند.

۸) نمونه‌بردار (Sample Return)

کاوشگرهایی ویژه به قصد جمع‌آوری نمونه از جرم هدف، و بازگرداندن آن به زمین با هدف بررسی نمونه‌ها. کلیه این مأموریت‌‌ها تاکنون به بازگرداندن نمونه‌هایی از خاک ماه، سیارک ایتوکاوا، گیسوی دنباله‌دار وایلد-۲، و ذرات باد خورشیدی محدود بوده‌اند. نمونه‌هایی از سطح سیارک بِنو نیز در سال ۲۰۲۰ توسط کاوشگر اوزایریس-رکس ناسا جمع‌آوری شد و هم‌اینک در مسیر بازگشت به زمین قرار دارند. سطح‌نشین پرسی‌ویرنس نیز در حال حاضر مخازنی را با خود به همراه دارد که قرار است از خاک مریخ پر بشوند، تا در آینده توسط مأموریتی مجزا به زمین بازگردانده شوند.

بازیابی محموله حاوی نمونه‌های جمع‌آوری‌شده از سطح دنباله‌دار ایتوکاوا، در صحرای مرکزی استرالیا، توسط کاوشگر هایابوسا-۲ متعلق به ژاپن / عکس از سازمان فضایی ژاپن، JAXA

۹) سطح‌نورد شناور

تاکنون هیچ کاوشگری مشخصاٌ به این منظور طراحی نشده، اما کاوشگر اروپایی هویگنس که در سال ۲۰۰۵ پس از ورود به جو تایتان بر سطح این قمر فرود آمد، به شکلی طراحی شده بود که از امتیازات ویژه یک سطح‌نورد شناور نیز برخوردار باشد – چراکه احتمال داده می‌شد سطح تایتان پوشیده از اقیانوس‌ها و دریاچه‌هایی از هیدروکربن مایع باشد و احتمال فرود کاوشگر در آن مناطق نیز مطرح بود. اگرچه هویگنس بر سطحی به‌نظر جامد فرود آمد، اما بررسی دقیق‌تر تنها عکس‌ ارسالی از سطح این قمر توسط کاوشگر، گویای آن است که نمی‌توان احتمال فرود آن در محیطی «گِل‌آلود» را نیز منکر شد.