امشب امارات متحده عربی مدارگردی كه در مشاركت با آمریکا ساخته است را از پایگاهی در ژاپن راهی سیاره سرخ می‌كند
سفر به مریخ با بلیت تانگاشیما و کلرادو
بین اعضای منظومه شمسی اگر رقابتی بر سر این‌كه اكتشافات فضایی به كدام یك اختصاص یابد وجود داشت، سیاره زهره كه كمتر واكاوی شده یا تیتان، قمر هیجانانگیز زحل توجه زیادی را به خود جلب می‌کردند. اما مریخ نیازی به اتلاف وقت برای شرکت در این رقابت ندارد؛ از تلاش برای یافتن حیات فرازمینی گرفته تا بحث‌های مربوط به كوچ به سیاره‌های دیگر، مریخ همواره هدف طرح‌های بلندمدت و مشترك برای تمام بشریت بوده و هست. در چنین شرایطی جای تعجب ندارد كه با نزدیك شدن به زمان کاهش فاصله مداری مریخ و زمین تا اوایل پاییز، تابستان امسال سه ماموریت فضایی راهی سیاره سرخ شوند تا با گردآوردن داده‌های تازه نشان دهند سیاره سرخ مثل قالی كرمان است و هرچه بیشتر پا‌می‌خورد برای مطالعات فضایی جذاب‌تر می‌شود. جالب است بدانید همین امشب نخستین سفر با اولین فضاپیمای بینسیارهای امارات متحده عربی كه مدارگرد هوپ (Hope orbiter) نام دارد، با پرتابگری ژاپنی قرار است زمین را به مقصد سیاره سرخ ترك كند. حدود دو هفته دیگر هم چینی‌ها و بعد هم آمریکایی‌ها قرار است فضاپیماهایی را پرتاب و راهی سیاره سرخ كنند. ماموریت چهارمی كه قرار بود به ناوگان مریخ بپیوندد، مریخ‌نورد روزالیند فرانكلین (Rosalind Franklin) اروپا بود كه به علت همهگیری کروناویروس پرتابش تا سال 1401/ 2022 به تعویق افتاد. ایالات متحده، اروپایی‌ها و چینی‌ها سابقه روشنی در اکتشافات فضایی دارند. اما هدف شیخ‌نشین دبی از پرتاب مدارگرد به سوی مریخ چیست؟
كاوشگر هوپ (Hope) به معنی «امید» یا همان ماموریت مریخی امارات كه خود اماراتی‌ها آن را «مسبار الاَمل» می‌خوانند، اولین كاوشگری در سال جاری خواهد بود كه با رسیدن به مدار سیاره مریخ در اواخر سال / اوایل سال 2021 تصویر كاملی از جو این سیاره و لایههای آن ارائه خواهد كرد تا سیاره‌شناسان با داده‌های بیشتری به سوال كلیدی نحوه فرار‌اكسیژن و هیدروژن اتمسفر مریخ به فضا در طول یك سال مریخی (معادل 687 روز زمینی) پاسخ دهند.
بررسی پویایی (دینامیك) جو مریخ و برهم كنش آن با فضای بیرونی و بادهای خورشیدی، ارتباط بین آبوهوای امروز و گذشته مریخ، مطالعه فرآیند فرار جو مریخ به فضا در طول میلیاردها سال با دنبال كردن رفتار و فرار هیدروژن و اكسیژن، چگونگی اتصال لایههای بالایی و پایینی جو مریخ و ارائه تصویری جامع از تغییر جو مریخ در طول روز و سال مریخی از ماموریتهای علمی این كاوشگر است. از تركیب این دادهها با رصد لایههای بیرونی جو، مكانیسم انتقال انرژی و قطرات به سمت بالا و پس از آن فرار قطرات جو از گرانش مریخ آشكار خواهد شد.
گروه مشاوران برنامه اكتشاف مریخ، جمعی از دانشمندان متخصص درباره مریخ از سراسر دنیا هستند و درباره اهداف اصلی و تحقیقات لازم برای افزایش دانش بشر از مریخ هم‌فكری میكنند. آنها در ابتدا چهار هدف اصلی را برای این ماموریت تشریح كردند:
آیا مریخ از حیات پشتیبانی كرده یا می‌كند؟
روند و تاریخچه تغییرات آب و هوایی مریخ.
منشأ و تكامل مریخ از منظر زمین‌شناسی.
آمادهسازی برای اكتشافات بشر.
هر یك از این چهار هدف كلی به اهداف كوچك‌تری شكسته می‌شود كه آنها نیز هر یك شامل چند زیرمجموعه است. ماموریت مریخی امارات با مطالعه لایههای بالایی و پایینی جو به طور خاص بر هدف دوم تمركز كرده است.
تصاویر سطح مریخ نشانگر شواهدی از گرمتر و مرطوبتر بودن این سیاره در گذشته است. تغییرات آب و هوایی و از دست دادن جو آن را به سیارهای خشك و غبارآلود تبدیل كرده است. مدارگرد هوپ برای اولین بار تغییرات آب و هوایی مریخ را در طول روز، در تمام سیاره و در تمام فصول سال رصد خواهد كرد. بررسی ارتباط بین تغییرات آب و هوا در لایههای زیرین جو و فرار اكسیژن و هیدروژن از لایههای بالایی جو شاید پاسخ این معما باشد كه چرا جو ضخیم مریخ كه روزگاری میتوانست آب مایع را روی سطح خود حفظ كند به جو سرد، نازك و خشكی كه امروز میبینیم تبدیل شده است.
اگر پرتاب امروز این كاوشگر با موفقیت انجام شود و هوپ در ادامه بتواند به مدار سیاره سرخ برسد، قرار است در مدار 20 هزار تا 43 هزار كیلومتر از مركز مریخ قرار بگیرد و هر 55 ساعت، یك دور كامل دور سیاره سرخ بچرخد.
پرتابگر و مراکز کنترل هوپ
قرار است امروز این كاوشگر از مركز فضایی تانیگاشیما ژاپن سوار بر راكت H2A202 از خانواده موشكهای صنایع سنگین میتسوبیشی H-IIA پرتاب شود. آژانس اكتشافات هوافضای ژاپن نیز بر ایمنی پرواز، ایمنی برد و تاسیسات مقر پرتاب نظارت می‌كند. پرتابگر شامل مرحله اول، مرحله دوم، محفظه حامل مدارگرد و یك جفت راكتهای تقویت‌كننده سوخت جامد (SRB-As) است. پیشرانه پرتاب نیز از هیدروژن و اكسیژن مایع استفاده می‌كند.
بخش زمینی ماموریت هوپ، تركیبی از شبكه زمینی و ایستگاههای زمینی آن، سیستم ناوبری، مركز عملیات، طراحی ماموریت، مركز داده‌های علمی و گروه ابزار و امكانات است. شبكه ارتباطی ایستگاه زمینی برعهده شبكه فضای دوردست ناسا (DSN) قرار گرفته است و وظیفه برنامهریزی ارتباطات ایستگاههای زمینی، مخابره دستورات به فضاپیما، گرفتن داده‌های مسافتسنجی از فضاپیما و ضبط داده‌های رادیومتری را انجام میدهد.
سیستم ناوبری این ماموریت نیز در مركز هوافضای KinetX واقع در آریزونای آمریكا قرار دارد و وظیفه تهیه جدول موقعیت ماهواره در فواصل زمانی مشخص، مشخص كردن مسیر مداری، اجرای مانورها و جلوگیری از برخورد را عهدهدار شده است.
مركز عملیات ماموریت و مركز داده‌های علمی هم در مركز فضایی محمدبن راشد قرار دارند. مركز داده‌های علمی اطلاعات مخابره‌شده را دریافت و آنها را ذخیره می‌كند. داده‌های به‌دست‌آمده در اختیار تیم علمی این ماموریت و پس از آن به صورت زمانبندی شده در اختیار جوامع علمی قرار خواهد گرفت.
در مسیر سیاره سرخ
سفر ماموریت مریخی امارات امروز سه‌شنبه 24 تیر 99 در ساعت 20 و 50 دقیقه به وقت جهانی از جزیره تانیگاشیما ژاپن آغاز و با عبور از اقیانوس آرام راهی مریخ خواهد شد. سپس در چند ماه آینده مسیر رسیدن به مریخ با اجرای مانورهای اصلاح مسیر، تصحیح می‌شود. در این مدت نیز برای اطمینان از عملکرد درست، تمام ابزارها روشن می‌شود. هوپ با نزدیك شدن به مریخ پس از هفت ماه و پیمودن 493 میلیون كیلومتر سرعتش را كم می‌كند تا بتواند تحت‌تاثیر گرانش مریخ تغییر مسیر داده و شروع به گردش در مدار كند. اما اگر سرعتش مناسب نباشد و در دام گرانش مریخ نیفتد، سفرش را به اعماق فضا ادامه میدهد. تقریبا نیمی از سوخت فضاپیما در این مرحله برای كاهش سرعت مصرف می‌شود و در مدت 30دقیقه سرعتش از 126هزار كیلومتر بر ساعت به 14هزار كیلومتر بر ساعت كاهش مییابد. از آنجا كه سیگنالها از مریخ 13تا20دقیقه طول می‌كشد تا به زمین برسد، تیم زمینی هیچ دخالتی نمیتواند داشته باشد و عملیات خودكار پیش میرود. زمانی كه مدارگرد در مدار خود قرار بگیرد پشت مریخ خواهد بود و تا زمانی که بیرون نیاید، نمیتوانیم از موفقیت پروژه مطمئن شویم. در صورتی كه همه چیز طبق برنامه جلو رود مدارگرد با زمین به مدت شش تا هشت ساعت و دوبار در هفته ارتباط برقرار خواهد كرد و انتظار میرود یك ترابایت داده جدید ارسال كند.
هدف ادعایی امارات از طراحی این كاوشگر
فراتر از اهداف علمی این ماموریت، امارات متحده عربی می‌گوید با انجام این ماموریت فضایی قصد دارد از اقتصاد نفت‌محور به سمت اقصاد متمرکز بر علوم و مهندسی حرکت کند و این پروژه بلندپروازانه انگیزهای باشد تا هم جوانان عرب به رشته هوافضا علاقهمند شوند و هم تنور احساس غرور فرهنگی مردمش را دوباره روشن كند. رسیدن به مریخ هدف اصلی این ماموریت نیست، بلكه هدف بزرگ‌تر تسریع فرآیند توسعه این كشور در بخش آموزشی و بخش دانشگاهی است. آنها مدعی هستند به‌دنبال ساخت این پروژه بوده‌اند و نه خریدن آن؛ اما در مسیر ساخت همیشه هم نباید از صفر شروع كرد. از این رو بوده كه با تعدادی از مراكز تحقیقاتی پیشرو جهان در این زمینه همكاری كرده‌اند.
منابع:
emiratesmarsmission.ae و Scientific American
3 ابزار علمی کاوشگر هوپ
سه ابزار علمی برای مطالعه جنبههای مختلف جو مریخ طراحی شدهاند:
طیف‌سنج فروسرخ مریخی امارات (EMIRS):
یك طیف‌سنج فروسرخ حرارتی تداخلی است كه با مشخص كردن شرایط زیرین لایه جو و فرآیندی كه باعث گردش سیاره می‌شود، تعادل انرژی در آب و هوای فعلی مریخ را به‌دست می‌آورد. درك تعادل انرژی در شناسایی منابع و چاههای انرژی و چگونگی اندركنش جو زیرین با نیروی گرانشی خورشید در طول روز و فصلها كمك خواهد كرد. ابزار EMIRS با آینهای دوار كه امكان اسكن مریخ را فراهم آورده به وضعیت حرارتی جو زیرین، توزیع جغرافیایی گرد و غبار، بخار آب و یخ نگاه خواهد كرد. این طیف‌سنج با همكاری دانشگاه ایالتی آریزونا در آمریكا ساخته شده است.
تصویرگر اكتشافی امارات (EXI):
دوربینی است چندمنظوره با وضوح بالا برای اندازهگیری غبار و ازن سیاره كه ضمن گرفتن تصاویر 12 مگاپیكسلی، كالیبراسیون رادیومتری مورد نیاز برای آنالیزهای علمی را هم حفظ میکند. این ابزار با همکاری آزمایشگاه جو و فیزیك فضا دانشگاه كلرادوی آمریكا و مركز فضایی محمدبن راشد ساخته شده است. در این دوربین از لنز دابل گوس (Double Gauss) استفاده شده تا عكسهایی با وضوح بالا و اعوجاج كم به‌دست آید. نسبت كانونی كم، امكان گرفتن تصاویر ثابت با مدت زمان نوردهی كوتاه را ممكن می‌كند. در وضوح كامل سنسور میتواند 180 فریم در ثانیه ثبت و در صورت دلخواه امكان تهیه فیلم 4K را فراهم كند، به‌علاوه استفاده از فیلترهای مجزا در هر رنگ، تصاویر با وضوح بالاتری نسبت به استفاده از فیلتر رنگی آرایه بایر
(RGB Bayer array) به ما میدهد.
طیف سنج فرابنفش مریخی امارات (EMUS):
طیف‌سنجی در ناحیه فرابنفش دور (FUV) است كه این ابزار نیز با همكاری آزمایشگاه جو و فیزیك فضا دانشگاه كلرادوی آمریكا و مركز فضایی محمدبن راشد ساخته شده است. این ابزار میتواند طول موج فرابنفش گسیل‌شده از هیدروژن، اكسیژن و منوكسید كربن را رصد و میزان اكسیژن و هیدروژن را به دست آورد.
بررسی پویایی (دینامیك) جو مریخ و برهم كنش آن با فضای بیرونی و بادهای خورشیدی، ارتباط بین آبوهوای امروز و گذشته مریخ، مطالعه فرآیند فرار جو مریخ به فضا در طول میلیاردها سال با دنبال كردن رفتار و فرار هیدروژن و اكسیژن، چگونگی اتصال لایههای بالایی و پایینی جو مریخ و ارائه تصویری جامع از تغییر جو مریخ در طول روز و سال مریخی از ماموریتهای علمی این كاوشگر است. از تركیب این دادهها با رصد لایههای بیرونی جو، مكانیسم انتقال انرژی و قطرات به سمت بالا و پس از آن فرار قطرات جو از گرانش مریخ آشكار خواهد شد.
گروه مشاوران برنامه اكتشاف مریخ، جمعی از دانشمندان متخصص درباره مریخ از سراسر دنیا هستند و درباره اهداف اصلی و تحقیقات لازم برای افزایش دانش بشر از مریخ هم‌فكری میكنند. آنها در ابتدا چهار هدف اصلی را برای این ماموریت تشریح كردند:
آیا مریخ از حیات پشتیبانی كرده یا می‌كند؟
روند و تاریخچه تغییرات آب و هوایی مریخ.
منشأ و تكامل مریخ از منظر زمین‌شناسی.
آمادهسازی برای اكتشافات بشر.
هر یك از این چهار هدف كلی به اهداف كوچك‌تری شكسته می‌شود كه آنها نیز هر یك شامل چند زیرمجموعه است. ماموریت مریخی امارات با مطالعه لایههای بالایی و پایینی جو به طور خاص بر هدف دوم تمركز كرده است.
تصاویر سطح مریخ نشانگر شواهدی از گرمتر و مرطوبتر بودن این سیاره در گذشته است. تغییرات آب و هوایی و از دست دادن جو آن را به سیارهای خشك و غبارآلود تبدیل كرده است. مدارگرد هوپ برای اولین بار تغییرات آب و هوایی مریخ را در طول روز، در تمام سیاره و در تمام فصول سال رصد خواهد كرد. بررسی ارتباط بین تغییرات آب و هوا در لایههای زیرین جو و فرار اكسیژن و هیدروژن از لایههای بالایی جو شاید پاسخ این معما باشد كه چرا جو ضخیم مریخ كه روزگاری میتوانست آب مایع را روی سطح خود حفظ كند به جو سرد، نازك و خشكی كه امروز میبینیم تبدیل شده است.
اگر پرتاب امروز این كاوشگر با موفقیت انجام شود و هوپ در ادامه بتواند به مدار سیاره سرخ برسد، قرار است در مدار 20 هزار تا 43 هزار كیلومتر از مركز مریخ قرار بگیرد و هر 55 ساعت، یك دور كامل دور سیاره سرخ بچرخد.
پرتابگر و مراکز کنترل هوپ
قرار است امروز این كاوشگر از مركز فضایی تانیگاشیما ژاپن سوار بر راكت H2A202 از خانواده موشكهای صنایع سنگین میتسوبیشی H-IIA پرتاب شود. آژانس اكتشافات هوافضای ژاپن نیز بر ایمنی پرواز، ایمنی برد و تاسیسات مقر پرتاب نظارت می‌كند. پرتابگر شامل مرحله اول، مرحله دوم، محفظه حامل مدارگرد و یك جفت راكتهای تقویت‌كننده سوخت جامد (SRB-As) است. پیشرانه پرتاب نیز از هیدروژن و اكسیژن مایع استفاده می‌كند.
بخش زمینی ماموریت هوپ، تركیبی از شبكه زمینی و ایستگاههای زمینی آن، سیستم ناوبری، مركز عملیات، طراحی ماموریت، مركز داده‌های علمی و گروه ابزار و امكانات است. شبكه ارتباطی ایستگاه زمینی برعهده شبكه فضای دوردست ناسا (DSN) قرار گرفته است و وظیفه برنامهریزی ارتباطات ایستگاههای زمینی، مخابره دستورات به فضاپیما، گرفتن داده‌های مسافتسنجی از فضاپیما و ضبط داده‌های رادیومتری را انجام میدهد.
سیستم ناوبری این ماموریت نیز در مركز هوافضای KinetX واقع در آریزونای آمریكا قرار دارد و وظیفه تهیه جدول موقعیت ماهواره در فواصل زمانی مشخص، مشخص كردن مسیر مداری، اجرای مانورها و جلوگیری از برخورد را عهدهدار شده است.
مركز عملیات ماموریت و مركز داده‌های علمی هم در مركز فضایی محمدبن راشد قرار دارند. مركز داده‌های علمی اطلاعات مخابره‌شده را دریافت و آنها را ذخیره می‌كند. داده‌های به‌دست‌آمده در اختیار تیم علمی این ماموریت و پس از آن به صورت زمانبندی شده در اختیار جوامع علمی قرار خواهد گرفت.
در مسیر سیاره سرخ
سفر ماموریت مریخی امارات امروز سه‌شنبه 24 تیر 99 در ساعت 20 و 50 دقیقه به وقت جهانی از جزیره تانیگاشیما ژاپن آغاز و با عبور از اقیانوس آرام راهی مریخ خواهد شد. سپس در چند ماه آینده مسیر رسیدن به مریخ با اجرای مانورهای اصلاح مسیر، تصحیح می‌شود. در این مدت نیز برای اطمینان از عملکرد درست، تمام ابزارها روشن می‌شود. هوپ با نزدیك شدن به مریخ پس از هفت ماه و پیمودن 493 میلیون كیلومتر سرعتش را كم می‌كند تا بتواند تحت‌تاثیر گرانش مریخ تغییر مسیر داده و شروع به گردش در مدار كند. اما اگر سرعتش مناسب نباشد و در دام گرانش مریخ نیفتد، سفرش را به اعماق فضا ادامه میدهد. تقریبا نیمی از سوخت فضاپیما در این مرحله برای كاهش سرعت مصرف می‌شود و در مدت 30دقیقه سرعتش از 126هزار كیلومتر بر ساعت به 14هزار كیلومتر بر ساعت كاهش مییابد. از آنجا كه سیگنالها از مریخ 13تا20دقیقه طول می‌كشد تا به زمین برسد، تیم زمینی هیچ دخالتی نمیتواند داشته باشد و عملیات خودكار پیش میرود. زمانی كه مدارگرد در مدار خود قرار بگیرد پشت مریخ خواهد بود و تا زمانی که بیرون نیاید، نمیتوانیم از موفقیت پروژه مطمئن شویم. در صورتی كه همه چیز طبق برنامه جلو رود مدارگرد با زمین به مدت شش تا هشت ساعت و دوبار در هفته ارتباط برقرار خواهد كرد و انتظار میرود یك ترابایت داده جدید ارسال كند.
هدف ادعایی امارات از طراحی این كاوشگر
فراتر از اهداف علمی این ماموریت، امارات متحده عربی می‌گوید با انجام این ماموریت فضایی قصد دارد از اقتصاد نفت‌محور به سمت اقصاد متمرکز بر علوم و مهندسی حرکت کند و این پروژه بلندپروازانه انگیزهای باشد تا هم جوانان عرب به رشته هوافضا علاقهمند شوند و هم تنور احساس غرور فرهنگی مردمش را دوباره روشن كند. رسیدن به مریخ هدف اصلی این ماموریت نیست، بلكه هدف بزرگ‌تر تسریع فرآیند توسعه این كشور در بخش آموزشی و بخش دانشگاهی است. آنها مدعی هستند به‌دنبال ساخت این پروژه بوده‌اند و نه خریدن آن؛ اما در مسیر ساخت همیشه هم نباید از صفر شروع كرد. از این رو بوده كه با تعدادی از مراكز تحقیقاتی پیشرو جهان در این زمینه همكاری كرده‌اند.
منابع:
emiratesmarsmission.ae و Scientific American
3 ابزار علمی کاوشگر هوپ
سه ابزار علمی برای مطالعه جنبههای مختلف جو مریخ طراحی شدهاند:
طیف‌سنج فروسرخ مریخی امارات (EMIRS):
یك طیف‌سنج فروسرخ حرارتی تداخلی است كه با مشخص كردن شرایط زیرین لایه جو و فرآیندی كه باعث گردش سیاره می‌شود، تعادل انرژی در آب و هوای فعلی مریخ را به‌دست می‌آورد. درك تعادل انرژی در شناسایی منابع و چاههای انرژی و چگونگی اندركنش جو زیرین با نیروی گرانشی خورشید در طول روز و فصلها كمك خواهد كرد. ابزار EMIRS با آینهای دوار كه امكان اسكن مریخ را فراهم آورده به وضعیت حرارتی جو زیرین، توزیع جغرافیایی گرد و غبار، بخار آب و یخ نگاه خواهد كرد. این طیف‌سنج با همكاری دانشگاه ایالتی آریزونا در آمریكا ساخته شده است.
تصویرگر اكتشافی امارات (EXI):
دوربینی است چندمنظوره با وضوح بالا برای اندازهگیری غبار و ازن سیاره كه ضمن گرفتن تصاویر 12 مگاپیكسلی، كالیبراسیون رادیومتری مورد نیاز برای آنالیزهای علمی را هم حفظ میکند. این ابزار با همکاری آزمایشگاه جو و فیزیك فضا دانشگاه كلرادوی آمریكا و مركز فضایی محمدبن راشد ساخته شده است. در این دوربین از لنز دابل گوس (Double Gauss) استفاده شده تا عكسهایی با وضوح بالا و اعوجاج كم به‌دست آید. نسبت كانونی كم، امكان گرفتن تصاویر ثابت با مدت زمان نوردهی كوتاه را ممكن می‌كند. در وضوح كامل سنسور میتواند 180 فریم در ثانیه ثبت و در صورت دلخواه امكان تهیه فیلم 4K را فراهم كند، به‌علاوه استفاده از فیلترهای مجزا در هر رنگ، تصاویر با وضوح بالاتری نسبت به استفاده از فیلتر رنگی آرایه بایر
(RGB Bayer array) به ما میدهد.
طیف سنج فرابنفش مریخی امارات (EMUS):
طیف‌سنجی در ناحیه فرابنفش دور (FUV) است كه این ابزار نیز با همكاری آزمایشگاه جو و فیزیك فضا دانشگاه كلرادوی آمریكا و مركز فضایی محمدبن راشد ساخته شده است. این ابزار میتواند طول موج فرابنفش گسیل‌شده از هیدروژن، اكسیژن و منوكسید كربن را رصد و میزان اكسیژن و هیدروژن را به دست آورد.
