كجزء من مهمتها القادمة إلى المريخ، والتي ستغادر الأرض هذا الصيف، ستحاول وكالة الفضاء دفع طائرة هليكوبتر لتطير إلى الغلاف الجوي للمريخ.
إذا نجحت المحاولة، فإن المروحية الصغيرة المسماة “Ingenuity” ستفتح طريقا جديدا في المستقبل للمستكشفين الآليين المستقبليين للحصول على رؤية شاملة للمريخ والعوالم الأخرى في النظام الشمسي.
وقالت ميمي أونغ، مديرة مشروع “مروحيات المريخ” في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا على مدى السنوات الست الماضية: “إنها تشبه إلى حد كبير تلك اللحظة التاريخية الشهيرة التي شهدت نجاح تجربة رحلة الأخوين رايت ، ولكن على سطح كوكب آخر.”
ولا يعتبر التحليق في فضاء المريخ بالأمر الهين، ذلك أنه لا يوجد قدر كافٍ من الهواء هناك كي تدفع المروحيات ضده وتبدأ في الارتفاع.
على سطح الكوكب، تبلغ كثافة الغلاف الجوي للكوكب 1-100 فقط من غلاف الأرض.
ورغم أن الجاذبية الأقل – التي تعادل ثلث الجاذبية التي يشعر بها المرء على الأرض – تعين على البقاء محلقاً في الهواء، فإن الانطلاق من على سطح المريخ يعادل الطيران على ارتفاع 100.000 قدم على الأرض.
ولم يسبق لأي مروحية على سطح الأرض التحليق على مثل هذا الارتفاع، ويبلغ هذا أكثر عن ضعف الارتفاع الذي تحلق عنده في العادة الطائرات.
ومن المقرر أن تنتقل المروحية إلى المريخ بالاعتماد على “بيرسيفيرانس”، والتي ستكون خامس مركبة روبوتية ترسلها ناسا إلى هناك.
ومن المقرر أن تبدأ المهمة في 20 يوليو ، وهي واحدة من ثلاث بعثات متجهة إلى المريخ هذا العام.
وخلال مؤتمر صحافي عقد الأسبوع الماضي لمراجعة مهمة “بيرسيفيرانس”، قال جيم بيردنستاين، المسؤول الإداري بـوكالة ناسا، في حديثه عن “Ingenuity”: وقال “سأقول لكم ، الشيء الذي جعلني أكثر حماسًا كمدير لناسا هو الاستعداد لمشاهدة طائرة هليكوبتر تحلق على عالم آخر”.
جدير بالذكر أنه حتى عام 1997، كانت جميع المركبات التي أرسلت إلى سطح المريخ مركبات إنزال ثابتة، لكن في 1997 تضمنت مهمة “باثفايندر” شيئا كان ثورياً في تاريخ “ناسا”: روبوت مزود بعجلات.
وكانت تلك الطوافة، التي حملت اسم “سوجورنر”، في حجم خزانة ملفات صغيرة تقريباً، وأعقب نجاح هذه المهمة إرسال طوافتين كل واحدة منهما في حجم عربة ملعب غولف، “سبيريت” و”أوبورتيونيتي”، واللتين هبطتا على سطح المريخ في 2004.
وفي 2012، هبطت طوافة “كيوريوسيتي” على المريخ وكانت بحجم سيارة تقريباً. من جهتها، تعتبر «إنجنيويتي» في جوهرها المكافئ الجوي ل”سوجورنر”، بمعنى أنها تشكل استعراضا لتكنولوجيا جديدة يمكن استخدامها بتوسع أكبر خلال مهام تالية.
ويكافئ حجم هيكل “إنجنيويتي” حجم كرة لينة صغيرة تشبه كرة البيسبول، وتخرج منها أربعة أرجل طويلة ورفيعة، وتوجد مجموعتان من الشفرات، يبلغ طول كل منها حوالي 4 أقدام من الطرف إلى الطرف، تدوران في اتجاهين مختلفين. وتبلغ زنة المركبة 4 باوند فقط ويبلغ ارتفاعها حوالي 1.5 قدم.
يمكن للمركبة المتجولة القيادة عبر المناظر الطبيعية، والتوقف لإلقاء نظرة فاحصة على الصخور المثيرة للاهتمام، وقد كانت هذه الحرية أساسية لاكتساب الفهم الحالي للمريخ المبكر، أن الكوكب، الذي أصبح باردًا وجافًا، كان يومًا ما رطبًا ولديه على الأقل بعض البيئات التي يمكن أن تكون صالحة للسكن مدى الحياة.
بدأ بوب بالارام، كبير مهندسي المروحية، العمل مع بعض الزملاء على الفكرة في التسعينات.
وقال الدكتور Balaram “لم يذهب حقا إلى أي مكان”، “لقد أجرينا بعض الاختبارات الصغيرة، ولكنها بعد ذلك بقيت على الرف لحوالي ست أو سبع سنوات مضت.”
وقال إن تشارلز إلاتشي، الذي كان حينها مدير مختبر الدفع النفاث، أصبح مهتما وقدم أموالا لمزيد من الدراسة، وهذا جعلنا ننطلق.”
كان القيام بشيء لم يتم فعله من قبل يمثل تحديا هندسيا جاذبا للسيدة أونغ، التي انضمت كمديرة للمشروع في منتصف عام 2014.
قالت السيدة أونغ التي كانت نائبة مدير قسم الأنظمة الذاتية في مختبر الدفع النفاث قبل انضمامها إلى مشروع المريخ: “قبل عشرين عاما تقريبا، لم يكن بالإمكان تحقيق ذلك بسبب الرياضيات”.
لكن السيدة أونغ قالت إن عددا من التطورات، مثل تصغير الإلكترونيات والبطاريات التي تخزن المزيد من الطاقة والمواد التي يمكن تشكيلها في شفرات خفيفة الوزن، جعل حلم طائرة محلقة في المريخ في النهاية أمرا ممكنا للتكنولوجيا.
استغرق تحويل الإمكانية إلى مروحية عاملة سنوات من التجربة، وبحلول نهاية عام 2014، قام المهندسون ببناء نموذج أولي صغير، وتم وضع المروحية الصغيرة في غرفة حيث تم امتصاص معظم الهواء، لتكرار كثافة الغلاف الجوي للمريخ. نظرًا لأنهم لم يكتبوا البرنامج بعد ليحلق المروحية بنفسه ، حاول أحد أعضاء الفريق توجيه حركته بعصا تحكم ، مثل أحد الهواة الذي يحلق بطائرة بدون طيار.
ومع بدء دوران الشفرات، ارتفعت المروحية عن الأرض، وسرعان ما خرجت عن السيطرة. وبذلك، تحققت مسألة الارتفاع عن السطح لكن دون سيطرة. وعن ذلك، شرح هارفارد غريب، المهندس الذي قاد العمل بمجال الديناميكيات الهوائية وتحقيق طيران خاضع للسيطرة: “في ذلك الوقت، تحقق لنا ما كنا نسعى خلفه، وهو التأكد من القدرة على الانطلاق والارتفاع من على سطح الأرض. ولهذا، فإنه من تلك الزاوية كانت التجربة ناجحة، لكن كان من الواضح أنه لا تزال هناك حاجة لبذل كثير من المجهود لاستيعاب كيف يتصرف ذلك الشيء”.
وقال بالارام وغريب إن واحدة من المشكلات القائمة كانت أن الشفرات كانت ترتد صعوداً وهبوطاً مع دورانها من 2.000 إلى 3.000 لفة بالدقيقة.
على الأرض، يؤدي ضغط الهواء في مواجهة الشفرات إلى تقليص الارتداد، لكن في الغلاف الجزي المريخي الهزيل، تخلق هذه الارتدادات حالة من عدم الاستقرار تجعل من الصعب السيطرة على حركة المروحية.
مقالات شبيهة:
سافر إلى المحطة الفضائية في 2020 مقابل 50 مليون دولار!
واتضح أن الحل جعل الشفرات أكثر صلابة بشكل طفيف، لكن هذا أضاف إليها مزيداً من الوزن. في مايو (أيار) 2016، كان النموذج الأولي التالي جاهزاً.
وداخل الغرفة ذاتها التي تحاكي الغلاف الجوي على سطح المريخ، ارتفعت المروحية، ثم حلقت بثبات وهبطت بسلاسة. وللمرة الأولى، طار نموذج أولي لمروحية تحت السيطرة في ظل ظروف تحاكي الغلاف الجوي للمريخ، وإن ظلت مرتبطة بمصدر خارجي للطاقة وجهاز كومبيوتر.
وأصبح التصميم الكامل جاهزاً في يناير (كانون الثاني) 2018، بما في ذلك بطاريات ومعالج «كوالكوم سنابدراغون» يكافئ تماماً ما يوجد داخل الهواتف المحمولة، وأنظمة اتصالات ومجسات. ومن أجل محاكاة قوة جاذبية المريخ، تولت بكرة سحب المروحية لأعلى للعمل كثقل موازن لجاذبية الأرض. وجرى تقليص كثافة الهواء في الغرفة من جديد، لكن هذه المرة بدلاً عن ترك بعض من هواء الأرض، جرى ضخ بعض من ثاني أكسيد الكربون، المكون الأساسي لهواء المريخ. وبالفعل، ارتفعت المروحية وحلقت.
في هذه الأثناء، تتدرب السيدة أونغ وفريقها على ما سيفعلونه بمجرد أن يكون“Ingenuity” على كوكب المريخ، ومع إغلاق مختبر الدفع النفاث إلى حد كبير بسبب جائحة الفيروسات التاجية، تم إنجاز كل هذا العمل عن طريق المؤتمرات عن بعد، حيث يعمل جميع أعضاء الفريق في المنزل.
بعد شهرين تقريبا من هبوط “بيرسيفيرانس” على كوكب المريخ في فبراير، ستبدأ اختبارات “Ingenuity”، حيث سيجد المسبار مكانا مسطحا مناسبا، ويسقط الطائرة على الأرض، ثم يبتعد مسافة 100 ياردة على الأقل.
وعلى مدار 30 يوماً، ستنفذ المروحية ثلاثة رحلات جوية، لكنها ستقضي جزءاً كبيراً من الوقت على الأرض في انتظار إعادة شحن بطارياتها باستخدام ألواح شمسية.
وستكون الطلعة الجوية الأولى عبارة عن الارتفاع لبضعة أقدام والتحليق لمدة تصل إلى 30 ثانية، ثم الهبوط. أما الطلعات الجوية التالية فستكون أطول وأعلى ولمسافات أبعد.
وفي الرحلة الجوية الخامسة، إذا سار كل شيء على ما يرام، سترتفع المروحية إلى 15 قدماً تقريباً وتطير لمسافة 500 قدم تقريباً، ثم تعود إلى نقطة البداية.
وتحمل المروحية زوج من الكاميرات، واحدة بالأبيض والأسود وجهها متجه إلى الأسفل لتحديد موقعها، والثانية بالألوان لنقل صور من المشهد العام على سطح المريخ. وستستغرق تلك الرحلة 90 ثانية.
وبمجرد إنجازها لطلعاتها، ستترك «إنجنيويتي» في آخر موقع هبوط لها، بينما تنطلق «بيرسيفيرانس» لاستكمال باقي مهمتها.
وقالت السيدة أونغ إن التكنولوجيا يمكن تكييفها مع حرفة أكبر، يصل وزنها إلى حوالي 30 رطلا بدلا من أربعة، وقد يكون هذا كبيرا بما يكفي لحمل زوج من الكاميرات والأدوات الأخرى.
بالفعل، تخطط ناسا لإرسال Dragonfly، وهي طائرة دوارة تعمل بالطاقة النووية إلى تيتان، أكبر قمر لزحل، لكن تيتان يتمتع بجو كثيف، لذا فإن الطيران هناك لا يشكل نفس التحديات التكنولوجية مثل المريخ.
