هل يمكن العيش على المريخ؟ جولة في قاعدة تصورية

قاعدة لم يبنها أحد بعد

هل يمكن العيش على المريخ؟ يتطلب ذلك مسكنا وطاقة وإنتاج الأكسجين، وهي أنظمة يمكنك تفقدها هنا في قاعدة صغيرة بالحجم الحقيقي، من ارتفاع عين واقف يبلغ 1.6 m. عادة ما تظهر صور القواعد المستقبلية قبة وعربة وسماء حمراء، لكنها نادرا ما توضح حجم الأشياء والمسافات بينها أو شعور المشي من واحدة إلى أخرى.

ابدأ بالحقيقة الأهم: هذه القاعدة غير موجودة. لم يهبط أي طاقم على المريخ، ولم تختر NASA تصميما نهائيا لمسكن هناك. ما نشرته هو دراسات. تصف Mars Design Reference Architecture 5.0 (2009) مهمة طويلة بنحو 500 يوم على السطح، مع شحنات تهبط قبل الطاقم، وأكسجين يصنع من هواء المريخ، وعربة مضغوطة للرحلات الطويلة. وتبحث دراسة NASA التصورية لعام 2023 لمسكن سطحي في وحدة معيشة مستقلة مع عربة مكشوفة، بديلا عن العيش في عربة مضغوطة كبيرة. يستعير النموذج الأجزاء الرئيسية من هذه الدراسات، أما الأحجام والترتيب والألوان فاختيرت للنموذج.

أرقام الشاشة مختلفة. الجاذبية والضغط والحرارة وطول اليوم والمسافة إلى الأفق وتأخر الرسالة اللاسلكية مستمدة من بيانات NASA، وتشرح الأقسام التالية حساب كل منها.

لماذا يقف المسكن على أرجل خلف غرفة ضغط

مسكن النموذج وحدة دائرية بعرض 8 m على ست أرجل، وأرضيته ترتفع 1.3 m. رفع الأرضية مرتبط بطريقة توصيل المسكن في خطة NASA لعام 2009: يصل مبنيا فوق مركبة هبوطه، لا يجمع على الأرض. ويساعد الارتفاع ضد غبار المريخ الناعم الذي تنقله الريح ويتراكم على أي شيء فوق السطح.

يبرز أنبوب قصير جنوبا، هو غرفة معادلة الضغط. يدخل الطاقم ويغلق الباب الداخلي ويضخ الهواء إلى المسكن قبل فتح الباب الخارجي. من دون ذلك، تطرد كل خرجة كامل هواء الغرفة إلى الفضاء. وهذا مهم على كوكب يجب فيه صنع كل هواء التنفس أو حمله.

توضح العربة المضغوطة شرقا طريقة ثانية للخروج. يحمل جدارها الخلفي منفذي بدلات، وهما حلقتان تثبت عليهما البدلة من الخارج. يدخل عضو الطاقم البدلة عبر ظهرها من المقصورة ثم ينفصل، فتبقى البدلة المغبرة خارجا. تظهر المنافذ لأنها تحل مشكلة غرفة الضغط بفقد هواء أقل.

ألواح شمسية تحت ضوء أضعف

يبعد المريخ عن الشمس في المتوسط نحو 1.52 ضعف بعد الأرض. يتوزع الضوء بحسب مربع المسافة، فيقل نصيب كل متر مربع. تعطي ورقة حقائق NASA للمريخ 586.2 W/m² عند متوسط بعده، مقابل 1,361 W/m² للأرض. أي 586.2 / 1,361 = 0.43، أو 43%.

مصفوفة النموذج 15 لوحا في ثلاثة صفوف تميل نحو شمس الظهيرة. في هذا الموقع المتخيل، على بعد 22° شمال الاستواء، تكون الشمس جنوبا وقت الظهر. والغبار خصم آخر، يترسب على الزجاج ويقلل الطاقة حتى تزيله الريح أو الطاقم. فقدت مركبات شمسية على المريخ طاقتها بهذه الطريقة عبر السنين.

يعرض النموذج الشمس لأنها واضحة ويمكن المشي حولها. لكن بنية NASA المرجعية لعام 2009 فضلت الانشطار النووي للطاقة السطحية، لأن المفاعل يعطي طاقة ثابتة ليلا وخلال العواصف، ولأن إنتاج الأكسجين يحتاج كهرباء كثيرة. يمكن لقاعدة حقيقية استعمال أحدهما أو كليهما.

ما الذي أثبتته MOXIE على Perseverance

هواء المريخ 95.1% ثاني أكسيد الكربون حجما بحسب ورقة NASA. الأكسجين 0.16% فقط. لا يصلح الهواء للتنفس، لكن ثاني أكسيد الكربون نفسه يحمل الأكسجين. عند تفكيك CO₂ تحصل على الأكسجين وأول أكسيد الكربون.

اختبرت NASA ذلك على المريخ باستخدام MOXIE، تجربة استخدام موارد المريخ الموضعية لإنتاج الأكسجين، المحمولة على Perseverance. تصفها NASA بأنها بحجم فرن ميكروويف تقريبا. سحبت هواء المريخ وضغطته، ثم استخدمت عملية كهروكيميائية لانتزاع ذرة أكسجين من كل جزيء CO₂. بين هبوط 2021 وآخر تشغيل في 7 أغسطس 2023، أنتجت الأكسجين 16 مرة. أرقام NASA هي:

• إجمالي 122 g من الأكسجين، قدر ما يتنفسه كلب صغير في 10 ساعات تقريبا.
• أفضل معدل 12 g في الساعة، ضعف هدف NASA الأصلي للأداة.
• نقاء 98% أو أفضل.
• 9.8 g في التشغيل 16 والأخير.

كانت MOXIE تجربة إثبات فقط. تقول NASA إن الخطوة التالية نظام كامل الحجم يستطيع تسييل الأكسجين وتخزينه أيضا. في خطط المهمات، يذهب معظمه إلى دافع المركبة التي تعيد الطاقم من المريخ. يمثل مصنع النموذج نظاما كاملا كهذا. يرمز الصندوق الذهبي إلى MOXIE، والكرتان البيضاوان بجواره خزانا تخزين.

المشي والقفز في 0.38 g

تعطي ورقة NASA متوسط جاذبية السطح 3.73 m/s² للمريخ مقابل 9.82 m/s² للأرض. أي 3.73 / 9.82 = 0.38، فيصبح وزنك 38% من وزنك الأرضي. لا تتغير كتلتك، لذا يتطلب بدء الحركة وإيقافها الجهد نفسه.

يمنحك زر القفز سرعة انطلاق 2.0 m/s، وهي قفزة متواضعة. عند الصعود ضد الجاذبية g، يبلغ الارتفاع h = v² / 2g وزمن البقاء في الهواء t = 2v / g:

• على المريخ: h = 2.0² / (2 × 3.73) = 4 / 7.46 = 0.54 m، وt = 2 × 2.0 / 3.73 = 1.07 s.
• على الأرض: h = 4 / (2 × 9.82) = 0.20 m، وt = 4 / 9.82 = 0.41 s.

نسبة الارتفاعين 9.82 / 3.73 = 2.63. شغّل جاذبية الأرض واقفز ثانية للمقارنة. تعرض القراءة أعلى اليسار ارتفاع قفزتك الأخيرة وزمنها، ويحسِب النموذج الذروة بدقة حتى لو تجاوزتها إحدى اللقطات. وهناك قيد: البدلة الحقيقية تضيف كتلة كبيرة، وستطلق الساقان نفسيهما شخصا يرتديها بسرعة أقل. يهمل النموذج البدلة.

هواء رقيق بارد ويوم أطول قليلا

تمثل سارية الطقس قرب المسكن محطات الطقس التي تحملها مركبات الهبوط. تظهر قراءاتها في الصندوق أعلى اليسار.

• الضغط. تعطي ورقة الحقائق 6.36 mb (6.36 hPa) عند متوسط نصف القطر، ويتغير موسميا من 4.0 إلى 8.7 mb. ضغط سطح البحر الأرضي 1,013 hPa، فضغط المريخ نحو 0.6% منه. دون حماية تبدأ سوائل الجسم بالغليان، فالبدلات والغرف المضغوطة ضرورة.
• الحرارة. في موقع Viking 1 تراوحت حرارة الهواء من نحو −89 °C قبيل الفجر إلى −31 °C بعد الظهر. تعطي الورقة متوسطا كوكبيا نحو −59 °C. يتبع النموذج منحنى يوميا بسيطا بين حدي Viking 1 عند تحريك منزلق الوقت.
• طول اليوم. اليوم الشمسي المريخي، أو «سول»، 24.6597 ساعة، أي 24 h 39 min 35 s. تقسمه فرق المهمات إلى 24 «ساعة مريخية»، كل منها 24.6597 / 24 = 1.0275 ساعة أرضية، نحو 61.65 دقيقة. تستخدم ساعة القراءة هذه الساعات.

لماذا تزرق السماء عند الغروب

تبدو سماء النهار في صور العربات بلون الحلوى الكراميلية أو الصدأ. وعند الغروب تزرق قرب الشمس مباشرة. صورت Curiosity التابعة لـNASA ذلك من Gale في 15 أبريل 2015، يومها المريخي 956.

يشرح تعليق NASA على الصورة (PIA19400) السبب. تسمح جسيمات الغبار الدقيقة في هواء المريخ بمرور الأزرق بسهولة أكبر من الأطوال الموجية الأطول. فيبقى الأزرق من الشمس قرب موضعها في السماء، بينما يتشتت الأصفر والأحمر في أنحاء السماء. لذلك يملأ لون الغبار الصدئي النهار، وعند الغروب، حين يعبر الضوء هواء أكثر بكثير، يبرز الأزرق قرب الشمس.

يرسم النموذج السماء ببرنامج تظليل صغير يتبع هذا الوصف. معظم القبة بلون الغبار، أكثر سطوعا قرب الأفق. تتجمع هالة حول الشمس، ومع انخفاضها تنتقل من الأصفر الشاحب إلى الأزرق ويغمق الجانب البعيد إلى البني. حرك الوقت إلى نحو 17:50 وانظر غربا.

كم يبعد الأفق

المريخ كرة أصغر من الأرض، فينحني السطح بعيدا عن النظر أسرع. لعين على ارتفاع h فوق كرة نصف قطرها R، تكون مسافة الأفق d = √(2Rh + h²). باستخدام متوسط نصف القطر الحجمي للمريخ لدى NASA، R = 3,389.5 km، وh = 1.6 m:

• d = √(2 × 3,389,500 × 1.6 + 1.6²) = √10,846,402.56 = 3,293 m، نحو 3.3 km.
• على الأرض (R = 6,371 km) ترى العين نفسها نحو 4,515 m، أو 4.5 km.
• على القمر (R = 1,737.4 km) تكون نحو 2,358 m.

أرض النموذج شبكة واحدة تهبط عن مستوى مسطح بمقدار x² / 2R، فيقع الأفق حيث تقول المعادلة. تبرز فوقه هضاب منخفضة تبعد 1 إلى 3 km.

التواصل مع الأرض بتأخير

ينتقل الراديو بسرعة الضوء، 299,792.458 km/s. تعطي ورقة NASA المسافة بين الأرض والمريخ من 54.6 إلى 401.4 مليون km. بقسمة المسافة على سرعة الضوء نحصل على تأخير الاتجاه الواحد:

• الأقرب: 54,600,000 / 299,792.458 = 182 s، أو 3.0 دقائق.
• عند متوسط التقابل (78.34 مليون km): 261 s، أو 4.4 دقائق.
• الأبعد: 401,400,000 / 299,792.458 = 1,339 s، أو 22.3 دقيقة.

عند أبعد مسافة يستغرق السؤال والجواب نحو 45 دقيقة. المحادثة الحية مستحيلة، فيحل الطاقم المشكلات بنفسه ويرسل رسائل أشبه بالبريد. يغير منزلق الأرض إلى المريخ المسافة، وتعيد القراءة حساب التأخير. كل نحو 780 يوما، وهي الفترة الاقترانية في ورقة NASA، أي نحو 26 شهرا، تمر الشمس بين الكوكبين. يسمى ذلك الاقتران الشمسي. توقف NASA حينها الأوامر بضعة أسابيع (أسبوعين في نوفمبر 2023)، لأن غاز الشمس الساخن المشحون قد يفسد الإشارات.

عشر مناطق في جولة واحدة

تنتشر القاعدة في عشر مناطق على السهل المسوى نفسه. تبدأ بالمسكن على أرجله وغرفة الضغط وأول مصفوفة شمسية. جنوبا مقطع المسكن وغرفة البدلات والدفيئة. غربا حقل طاقة بمفاعل صغير خلف ساتر؛ وشرقا مصنع الأكسجين ومنجم الجليد ثم المرآب. تقع منصة الهبوط جنوب شرقي القاعدة، ونقطة المشاهدة بلافتاتها وعيناتها شمالا، وحقل طويل لنماذج المركبات جنوبا غربيا.

افتح المناطق للانتقال، أو الدليل الميداني للبحث في العناصر الـ144 بالاسم أو النوع، أو الخريطة الصغيرة أعلى اليمين. تكبر بنقرة، وتنقلك النقرة التالية إلى الموضع. لا تبنى كل منطقة إلا عندما تقترب منها للمرة الأولى، فلا تتحمل الصفحة كلفة ما لم تزره.

مناطق القاعدة تصورات، تستعير كل منها دراسة حقيقية لدى NASA أو ESA، أو اختبارا على محطة الفضاء الدولية، أو موقعا أرضيا، وتذكر البطاقة المصدر. يختلف حقل المركبات: هذه نماذج لآلات حقيقية بأحجامها الفعلية، وتواريخ الهبوط ومواقعه من سجلات NASA وCNSA.

داخل المسكن: مبنى مطبوع بتقنية 3D في هيوستن

يتبع المقطع جنوب الساحة مسكن CHAPEA لدى NASA، المسمى Mars Dune Alpha، في Johnson Space Center بهيوستن. إنه مبنى من طابق واحد بمساحة 1,700 قدم مربع، نحو 158 m²، مطبوع بطبقات من مادة شبيهة بالإسمنت. من يونيو 2023 إلى يوليو 2024 عاش فيه أربعة متطوعين 378 يوما كأنهم على المريخ، مع تأخر الرسائل وقلة المؤن وجولات خارجية محاكاة.

تعدد NASA محتوياته: أربع غرف خاصة للطاقم ومحطات عمل ومحطة طبية ومساحة مشتركة ومطبخ ومحطة زراعة غذاء. يضعها النموذج في مواضع من النوع نفسه. ادخل من الباب الجنوبي إلى المساحة المشتركة بالمائدة المستديرة. غرف الطاقم غربا، والمطبخ والمخزن شمالا، والرياضة ورف النبات شرقا. أزيل السقف لتضيء الشمس الغرف ولتنظر فوق الجدران.

تحمل بعض القطع أرقاما مهمة للقاعدة. يحيط بملجأ الزاوية ماء ومؤن، لأن كاشف Curiosity قاس جرعة كونية وسطية نحو 0.67 ملي سيفرت يوميا على السطح. يمثل جهازا تدوير الماء وتنقية الهواء أنظمة مستخدمة على المحطة؛ يزفر الشخص نحو 1 kg من ثاني أكسيد الكربون يوميا، وتعطي قيم NASA المرجعية لدعم الحياة 0.82 kg من الأكسجين المستنشق.

غرفة البدلات ولماذا الهواء مكلف

ضغط المسكن قريب من سطح البحر الأرضي، 1,013 hPa. خارجه المتوسط 6.36 hPa. في كل ملء وإفراغ لغرفة الضغط يضيع هواؤها، ما لم تضخه المضخة إلى المسكن أولا. تفعل مضخة غرفة البدلات ذلك حتى بضعة هكتوباسكال، ولا يخرج إلا الباقي الرقيق. لذلك تصغر هذه الحجرات أيضا.

منافذ البدلات حل آخر. تعلق البدلة خارج الجدار وباب ظهرها محكم على حلقة. يدخلها الشخص من الداخل ثم ينفصل. لا حاجة لإفراغ حجرة، ولا تدخل البدلة المغبرة إلى المسكن. تستخدم دراسات عربات NASA المضغوطة المنافذ للسبب نفسه.

الغبار مهم مثل الهواء. هو ناعم ويلتصق بالقماش، ووجدت Phoenix أملاح بيركلورات بنحو نصف بالمئة في التربة. وهي ضارة بالبشر، لذا توجد محطة فرشاة، وتعالج عينات التربة في صندوق قفازات محكم داخل المسكن.

أوقف ارتداء البدلة في التحكم لترى أثر الهواء المكشوف. عند 6 hPa يكون الضغط أقل بكثير مما يلزم لغليان الماء عند حرارة الجسم، وسيفقد الشخص وعيه خلال نحو 15 ثانية. يربط التحذير بمعروض الوقوف في الفضاء بلا بدلة.

زراعة الطعام تحت الأحمر والأزرق

تستخدم النباتات الأحمر والأزرق أساسا. يمتص اليخضور بقوة الأحمر قرب 630 إلى 660 نانومترا والأزرق قرب 450 nm، ويعكس معظم الأخضر. لذلك تكون مصابيح المحطة LED حمراء وزرقاء غالبا، مع قليل من الأخضر لتبدو الأوراق طبيعية ويسهل رصد المشكلات.

زرعت Veggie لدى NASA خسا رومانيا أحمر أكله الرواد في أغسطس 2015، وزينيا أزهرت في 2016، ثم زرع Advanced Plant Habitat الأكبر الفجل والفلفل الحار في 2021. على الأرض، شغل German Aerospace Center دفيئة EDEN ISS في القارة القطبية الجنوبية من 2018 إلى 2023، على بعد 400 m من Neumayer III. أنتج الموسم الأول 268 kg على مساحة 12.5 m²، بإضاءة من 330 إلى 600 ميكرومول لكل متر مربع في الثانية، وحرارة 21 °C وثاني أكسيد الكربون نحو 1,000 ppm.

تحتوي الدفيئة النموذجية ستة أحواض: رفوف الأوراق والخس والزينيا والفلفل والفجل والقمح القزم. في الطرف صينية تربة مريخية مع تنبيه إلى غسل البيركلورات أولا. للمريخ ميزة هنا: هواؤه يكاد يكون كله ثاني أكسيد الكربون اللازم للنبات، فتستطيع الدفيئة سحبه من الخارج.

كم لوحا تحتاج عاصفة غبارية

تجمع القراءة ضوء لوح مسطح طوال يوم مريخي، باستخدام الفصل وخط العرض والغبار. خطوات الحساب كالتالي:

1. الضوء فوق الغلاف الجوي. يتغير بعد المريخ عن الشمس من نحو 1.38 إلى 1.67 ضعف بعد الأرض. التدفق 1,361 W/m² مقسوما على مربع المسافة، فيتراوح بين نحو 715 و490 W/m². يحرك منزلق الفصل المريخ حول المدار؛ والحضيض عند Ls 251°.
2. ارتفاع الشمس. لكل لحظة يحسب النموذج الارتفاع من خط العرض (22° N) والميل الموسمي، ويضرب بجيب الارتفاع للوح المسطح.
3. الغبار. يضعف الشعاع المباشر بعامل e^(−τ/μ)، حيث τ عمق الغبار البصري وμ جيب ارتفاع الشمس. يصل بعض الضوء متشتتا، وتتضاءل حصته في النموذج مع اشتداد الغبار. هذه الخطوة الأخيرة اختيار نمذجي، بحيث يخفض الغبار الكثيف ضوء اليوم بأكثر من عشرة أضعاف.
4. اللوح. كل لوح 2.5 m × 1.5 m، بمساحة 3.75 m²، ويحول 25% من الضوء إلى كهرباء، وهي قيمة نموذجية.

في الهواء الصافي (τ 0.5) وعند Ls 0°، يجمع اللوح نحو 2.6 kWh يوميا مريخيا. تسحب القاعدة 5 kW باستمرار، أي 5 × 24.66 = 123 kWh في اليوم، فتحتاج نحو 48 لوحا. عند τ 5 يجمع اللوح نحو 0.67 kWh فتحتاج نحو 184. في عاصفة مثل يونيو 2018، حين بلغ τ عند Opportunity تقديريا 10.8، ستحتاج أكثر من 400. هذه المهمة الأولى، وسبب عودة خطط NASA مرارا إلى الانشطار.

طاقة الانشطار حين تغيب الشمس

اختبر مشروع Kilopower لدى NASA المفاعل الصغير KRUSTY، أي Kilopower Reactor Using Stirling Technology، في Nevada National Security Site من نوفمبر 2017 إلى مارس 2018. سخنت نواة يورانيوم-235 أنابيب حرارية بالصوديوم، حملت الحرارة إلى محركات ستيرلنغ التي حولتها إلى كهرباء. تضمن الاختبار تشغيلا بالقدرة الكاملة لمدة 28 ساعة. انتقل العمل إلى مشروع طاقة الانشطار السطحية لدى NASA، المستهدف عرضا من فئة 10 kW على القمر.

لا يتأثر المفاعل بالليل أو الغبار. عيوبه الكتلة والإشعاع والحرارة. يقف مفاعل النموذج خلف ساتر ترابي في الطرف البعيد من حقل الطاقة، بزعانف لتبديد الحرارة التي لا تستخدمها المحركات. سيكون المفاعل الحقيقي أبعد كثيرا؛ تتحدث الخطط عن مئات الأمتار إلى كيلومتر.

تعمل Curiosity وPerseverance بالفعل بطاقة نووية من نوع آخر. مولد النظائر المشعة الكهروحراري متعدد المهمات، الأسطوانة الخلفية ذات الزعانف، يحول حرارة تحلل ثاني أكسيد البلوتونيوم إلى نحو 110 W عند بداية المهمة، ليلا ونهارا.

أكسجين للتنفس وأكسجين للصواريخ

أثبتت MOXIE أن آلة على المريخ تستطيع صنع الأكسجين من الهواء. لتحويل أرقامها إلى قاعدة، ابدأ بالتنفس. تعطي قيم NASA المرجعية 0.82 kg من الأكسجين لكل فرد يوميا. يحتاج أربعة في يوم مريخي (24.66 ساعة) إلى 4 × 0.82 × 24.66 / 24 = 3.37 kg.

بأفضل معدل، 12 g في الساعة، تصنع وحدة بحجم MOXIE مقدار 12 × 24.66 = 296 g في اليوم المريخي. بقسمة 3.37 kg على 0.296 kg نحصل على 11.4، فتكفي اثنتا عشرة وحدة لتنفس أربعة. هذه مهمة الأكسجين في المعروض.

التنفس الجزء الصغير. في خطط NASA يذهب معظم الأكسجين إلى خزانات مركبة الصعود، لأنه معظم كتلة دافع الصاروخ. نتحدث عن أطنان لا كيلوغرامات، ولهذا يشغل المصنع حاوية كاملة ويمتد خط وقود من المنصة إلى الصاروخ.

الجليد تحت السهول

الماء للشرب والحماية من الإشعاع، ومادة أولية للأكسجين ووقود الصواريخ. على المريخ كثير منه متجمدا. وجد رادار SHARAD على Mars Reconnaissance Orbiter لدى NASA جليدا مدفونا في Utopia Planitia يحوي ماء بقدر Lake Superior تقريبا. ووجدت كاميرا HiRISE على المركبة نفسها منحدرات وسطية العرض تنكشف فيها طبقات شبه نقية تحت غبار رقيق، على عمق متر أو مترين أحيانا. جمع مشروع NASA لرسم خريطة الجليد المائي تحت السطح بيانات مركبات عدة لتحديد الجليد القريب.

تحتوي منطقة الجليد حفارا وخزان ماء ومحللا كهربائيا يفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين، ومفاعل Sabatier يجمع ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين لإنتاج الميثان والماء، وحفارا صغيرا وفرنا للتربة ذات المعادن المائية. يمثل الجرف أحد منحدرات الجليد تلك.

العربات والعجلات والسرعات القصوى الحقيقية

كل عربة على المريخ بطيئة عمدا. تخطط القيادة على الأرض وتتحقق الكاميرات من الأخطار، والعجلات ثمينة. يضبط تحكم سرعة العربة عربة القاعدة على إحدى السرعات القصوى على أرض صلبة مسطحة:

قف بجوار عربة الساحة واضغط R أو قيادة. جرب سرعة Curiosity وانظر كم تقطع في دقيقة.

يحوي المرآب تصور عربة بمنافذ بدلات، وعربة مكشوفة للرحلات القصيرة، وعجلتين. بدأت عجلات Curiosity الألمنيومية بعرض 50 cm وغلاف نحو 0.75 mm تظهر ثقوبا وتمزقات في 2013 من الصخور الحادة، فيختار السائقون الآن مسارات تحميها. جواب NASA Glenn إطار من سلك سبيكة بذاكرة شكل ينثني فوق الصخور ثم يعود.

منصات الهبوط والحصى الطائر

يقذف الصاروخ الهابط على تربة رخوة الحجارة بسرعة كبيرة. هبطت Apollo 12 على بعد 163 m من Surveyor 3 على القمر، وظهرت حفر في القطع التي أعيدت من Surveyor بفعل العادم. تدرس NASA تفاعل العادم والسطح للقمر والمريخ. حل النموذج منصة مرصوفة وساتر ترابي لالتقاط الحطام ومسافة أمان. تضع الخطط الحقيقية المنصة على بعد نحو كيلومتر، ويقربها النموذج إلى نحو 190 m للمشي.

المركبة على المنصة عامة، مخروط على أرجل يمثل دراسات هبوط الطاقم، لا سفينة شركة بعينها. بجانبها مركبة صعود من النوع الذي درسته NASA، تزود على السطح بأكسجين محلي.

كل مركبة هبوط وعربة عملت على المريخ

تعرض ساحة المسابير كل مركبة هبطت وأرسلت بيانات، بالحجم الحقيقي ومع لوحتها:

كانت Mars 3 أول هبوط ناعم، لكنها صمتت خلال دقيقة، لذا تعد Viking 1 عادة أول من عمل على السطح. تتبع الأحجام الأرقام المنشورة: تمتد أرجل Viking نحو 3 m، وطول Curiosity وPerseverance نحو 3 m، وتمتد مصفوفتا InSight الدائريتان نحو 6 m، وPhoenix نحو 5.5 m. التفاصيل مبسطة؛ وتوضح البطاقات ما وجدته كل آلة.

رحلات Ingenuity الأولى

كتلة Ingenuity تبلغ 1.8 kg ولها دواران بعرض 1.2 m يدوران باتجاهين متعاكسين. نفذت أول رحلة بمحرك متحكم فيها على كوكب آخر في 19 أبريل 2021، إذ ارتفعت 3 m وحامت 39.1 ثانية. ترتب المهمة الخطوات التالية على الأرض بمسافاتها الحقيقية: الرحلة 3 قطعت 50 m ذهابا وعودة، والرحلة 4 قطعت 133 m ذهابا وعودة، والرحلة 5 انتقلت 129 m إلى المهبط B. يستغرق المشي بضع دقائق، فيعطي إحساسا بمعنى «133 m» لطائرة كتلتها 1.8 kg في هواء كثافته 1% من الأرض. نفذت 72 رحلة قبل تضرر دوار في يناير 2024.

ماذا ترى من نقطة المشاهدة

تضم نقطة المشاهدة شمال الساحة لافتات وعينات من الأرض التي درستها العربات.

• فوهة Gale بعرض 154 km، وفي وسطها Mount Sharp، كومة صخور طبقية بارتفاع نحو 5 km. تصعدها Curiosity طبقة بعد أخرى. تمثل الكتلة الطبقية هنا هذا النوع.
• فوهة Jezero بعرض 45 km، كانت بحيرة يغذيها نهر ترك دلتا مروحية. تعمل Perseverance هناك.
• حبيبات التوت كرات رمادية صغيرة من أكسيد الحديد الهيماتيت، وجدتها Opportunity في Meridiani Planum. تكونت في ماء يتسرب عبر الصخر. قف على رقعتها لحل مهمة.
• تزحف كثبان داكنة من الرمل البازلتي قليلا كل سنة. وتتجول دوامات الغبار، زوابع الهواء الدافئ الصاعد، في السهل؛ صورت Spirit كثيرا منها في Gusev.
• Olympus Mons بعرض نحو 600 km وارتفاع نحو 22 km. يضع النموذج القاعدة 330 km غرب قمته، وهو موقع متخيل، ويرسم البركان الدرعي مخروطا بسيطا بلا جروف أطرافه. على مدى 330 km ينخفض السطح بمقدار d² / 2R = 330² / (2 × 3,389.5) = 16 km، فلا ترتفع القمة إلا نحو 1° فوق الأفق. يرتفع المنحدر الأقرب، على بعد نحو 120 km، إلى نحو 2° ويخفيها. ترى حافة طويلة منخفضة شرقا ولا ترى القمة أبدا.

Phobos وDeimos ونجم المساء

للمريخ قمران صغيران. يدور Phobos، بحجم 27 × 22 × 18 km، على ارتفاع نحو 6,000 km فقط، ويتم دورته في 7 ساعات و39 دقيقة، أسرع من دوران المريخ. لذلك يطلع غربا ويغيب شرقا، ويعبر السماء في نحو أربع ساعات، مرتين في اليوم المريخي. يبدو من السطح بعرض ثلث قمرنا من الأرض تقريبا. أما Deimos، بعرض نحو 12 km وأبعد كثيرا، فيبدو نجما ساطعا. حرك الوقت لمشاهدتهما يعبران السماء.

الأرض من المريخ كوكب داخلي مثل الزهرة لنا. لا تبتعد عن الشمس أكثر من نحو 47°، فتظهر نجما أزرق مسائيا أو صباحيا. يحدد النموذج موضعها من المسافة: عند 172 مليون km تبتعد نحو 41° عن الشمس، بما يكفي لرؤيتها لساعتين تقريبا بعد الغروب. شغّل مسافة اليوم لاستخدام موضع الكوكبين الفعلي المحسوب من العناصر المدارية التقريبية لدى NASA JPL. صورت Curiosity الأرض والقمر من Gale في 31 يناير 2014.

أين يختلف النموذج عن قاعدة حقيقية

• ترتيب القاعدة وجميع أحجامها متخيل للنموذج. لدى NASA دراسات لا تصميم نهائي.
• القطع متقاربة للمشي. تبعد الخطط الحقيقية المنصة والمفاعل مئات الأمتار إلى كيلومتر عن المسكن.
• يتبع مقطع المسكن قائمة غرف CHAPEA لدى NASA، لا مخطط أرضيته.
• خط العرض (22° N)، والموقع 330 km غرب Olympus Mons، والأرض المحيطة متخيلة.
• يستخدم الإنتاج الشمسي كفاءة 25% ونموذج غبار مبسطا؛ يعتمد الإنتاج الحقيقي أيضا على الميل والحرارة والغبار على الزجاج.
• تتبع الحرارة منحنى سلسا بين حدي Viking 1؛ وتعتمد الحقيقة على الفصل والموقع والغبار.
• نماذج المركبات بالحجم الحقيقي لكنها مبسطة وتقف معا، فيما تتوزع الحقيقية عبر الكوكب.
• تهمل القفزات كتلة البدلة الفضائية.