تخيل هذا السيناريو. العام 2030 أو ما بعده. بعد رحلة ستة أشهر من الأرض ، أنت والعديد من رواد الفضاء الآخرين هم أول البشر على كوكب المريخ. أنت تقف في عالم غريب ، أوساخ حمراء متربة تحت قدميك ، وتنظر حول مجموعة من معدات التعدين التي أودعها أصحاب الروبوتات السابقة.
الصدى في أذنيك هي الكلمات الأخيرة من التحكم في المهمة: "مهمتك ، إذا كنت تهتم بقبولها ، هي العودة إلى الأرض - إن أمكن باستخدام الوقود والأكسجين الذي تنقبه من رمال المريخ. حظا طيبا وفقك الله!"
يبدو الأمر بسيطًا بما فيه الكفاية ، حيث يتم استخراج المواد الخام من كوكب صخري رملي. نفعل ذلك هنا على الأرض ، لماذا لا على المريخ أيضًا؟ لكن الأمر ليس بهذه البساطة كما يبدو. لا شيء عن الفيزياء الحبيبية على الإطلاق.
الفيزياء الحبيبية هي علم الحبوب ، كل شيء من حبات الذرة إلى حبيبات الرمل إلى حبوب البن. هذه هي مواد يومية شائعة ، ولكن قد يكون من الصعب التنبؤ بها. في لحظة واحدة يتصرفون مثل المواد الصلبة ، في المرة التالية مثل السوائل. النظر في شاحنة تفريغ مليئة بالحصى. عندما تبدأ الشاحنة في الميل ، يبقى الحصى في كومة صلبة ، حتى تصبح في زاوية معينة فجأة نهرًا صخريًا مدويًا.
يعد فهم الفيزياء الحبيبية أمرًا ضروريًا لتصميم الآلات الصناعية للتعامل مع كميات كبيرة من المواد الصلبة الصغيرة - مثل رمال المريخ الدقيقة.
المشكلة هي ، حتى هنا على الأرض "لا تعمل المنشآت الصناعية بشكل جيد للغاية لأننا لا نفهم معادلات المواد الحبيبية وكذلك نفهم معادلات السوائل والغازات" ، كما يقول جيمس ت. جينكينز ، أستاذ النظرية و الميكانيكا التطبيقية في جامعة كورنيل في إيثاكا ، نيويورك "لهذا السبب تعمل محطات الطاقة التي تعمل بالفحم بكفاءة منخفضة ولديها معدلات فشل أعلى مقارنة بمحطات الطاقة التي تعمل بالوقود السائل أو الغاز".
لذا "هل نفهم المعالجة الحبيبية بشكل جيد بما يكفي للقيام بذلك على كوكب المريخ؟" سأل.
لنبدأ بالحفر: "إذا قمت بحفر خندق على كوكب المريخ ، ما مدى انحدار الجوانب وتبقى مستقرة دون أن تنحني؟" عجائب Stein Sture ، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية والمعمارية وعميد مشارك في جامعة كولورادو في بولدر. لا توجد إجابة محددة ، ليس بعد. طبقات التربة المتربة والصخور على كوكب المريخ ليست معروفة بما فيه الكفاية.
يمكن الحصول على بعض المعلومات حول التكوين الميكانيكي للمتر الأعلى أو نحو ذلك للتربة المريخية بواسطة الرادار الخارق للأرض أو أجهزة السبر الأخرى ، كما يشير ستور ، ولكن أعمق بكثير ، ومن المحتمل أنك "تحتاج إلى أخذ عينات أساسية". ستتمكن مركبة هبوط فينيكس مارس التابعة لوكالة ناسا (الهبوط عام 2008) من حفر خنادق يبلغ عمقها نصف متر تقريبًا ؛ سيتمكن مختبر علوم المريخ لعام 2009 من قطع النوى الصخرية. ستوفر كلتا البعثتين بيانات جديدة قيمة.
للتعمق أكثر ، تعمل Sture (فيما يتعلق بمركز بناء الفضاء بجامعة كولورادو) على تطوير حفارات مبتكرة تنتهي اهتماماتها التجارية في التربة. يساعد التحريض على كسر الروابط المتماسكة التي تمسك التربة المضغوطة معًا ويمكن أن يساعد أيضًا في التخفيف من مخاطر انهيار التربة. قد تذهب آلات مثل هذه يومًا ما إلى المريخ أيضًا.
هناك مشكلة أخرى هي "القواديس" - حيث يستخدم عمال المناجم مسارات لتوجيه الرمال والحصى على سيور النقل للمعالجة. إن معرفة تربة المريخ ستكون حيوية في تصميم أكثر القواديس كفاءة وخالية من الصيانة. يقول جينكينز: "نحن لا نفهم سبب ازدحام القواديس". إن المربى متواترة للغاية ، في الواقع ، "على الأرض ، كل قادوس لديه مطرقة قريبة." الضرب على القادوس يحرر المربى. على كوكب المريخ ، حيث لن يكون هناك سوى عدد قليل من الأشخاص في جميع أنحاءهم لتقديم المعدات ، فأنت تريد أن يعمل النطاطون بشكل أفضل من ذلك. يبحث جينكينز وزملاؤه عن سبب ازدحام التدفقات الحبيبية.
ثم هناك وسيلة مواصلات: لم يجد روفرز المريخ "سبيريت" و "الفرص" صعوبة كبيرة في القيادة لأميال حول مواقع هبوطهم منذ عام 2004. لكن هذه المركبات تتجول فقط في حجم مكتب مكتبي متوسط وضخامة مثل البالغين فقط. إنها عربات خفيفة مقارنة بالمركبات الضخمة التي ربما تكون مطلوبة لنقل أطنان من الرمل والصخور المريخية. المركبات الأكبر سيكون لها وقت أكثر صعوبة في التجول.
يشرح ستور: في وقت مبكر من الستينيات عندما كان العلماء يدرسون لأول مرة عربات محتملة تعمل بالطاقة الشمسية للتفاوض على رمال فضفاضة على القمر والكواكب الأخرى ، حسبوا أن "أقصى ضغط مستمر قابل للتطبيق لضغط الاتصال المتداول فوق تربة المريخ هو 0.2 رطل فقط لكل بوصة مربعة (psi) ، "خاصة عند السفر لأعلى أو لأسفل المنحدرات. تم تأكيد هذا الرقم المنخفض من خلال سلوك الروح والفرصة.
ضغط التلامس المتدحرج الذي يبلغ 0.2 رطل / بوصة مربعة فقط يعني أن السيارة يجب أن تكون خفيفة الوزن أو يجب أن يكون لديها طريقة لتوزيع الحمل بشكل فعال على العديد من العجلات أو المسارات. يعد تقليل ضغط التلامس أمرًا بالغ الأهمية حتى لا تحفر العجلات في التربة الناعمة أو تخترق قذائف الصخور [صفائح رقيقة من التربة الأسمنتية ، مثل القشرة الرقيقة على الثلج الذي تهب عليه الرياح على الأرض] وتتعثر ".
يشير هذا المطلب إلى أن المركبة لنقل الأحمال الثقيلة - الأشخاص والموائل والمعدات - قد تكون "شيئًا ضخمًا من نوع Fellini بعجلات 4 إلى 6 أمتار (12 إلى 18 قدمًا)" ، حسب ستور ، في إشارة إلى الإيطالية الشهيرة مخرج أفلام سريالية. أو قد يكون لديها مساحات معدنية ضخمة ذات شبكة مفتوحة مثل التقاطع بين حفارات بناء الطرق السريعة على الأرض والمركبة القمرية المستخدمة خلال برنامج أبولو على القمر. وبالتالي ، تبدو المركبات المتعقبة أو المربوطة واعدة لحمل حمولات كبيرة.
يتمثل التحدي الأخير الذي يواجه الفيزيائيين الحبيبيين في اكتشاف كيفية إبقاء المعدات تعمل خلال العواصف الترابية الموسمية للمريخ. تضرب العواصف المريخية الغبار الناعم في الهواء بسرعات 50 م / ث (100+ ميل / س) ، وتجوب كل سطح مكشوف ، وتنخل في كل شق ، وتدفن الهياكل المكشوفة سواء كانت طبيعية أو من صنع الإنسان ، وتقليل الرؤية إلى أمتار أو أقل. يدرس جينكينز ومحققون آخرون فيزياء نقل الرياح والغبار على سطح الأرض (الرياح) من أجل فهم تكوين وتحريك الكثبان الرملية على سطح المريخ ، وأيضًا للتأكد من المواقع التي قد تكون أفضل حماية من الرياح السائدة ( على سبيل المثال ، في لي الصخور الكبيرة).
بالعودة إلى سؤال جينكينز الكبير ، "هل نفهم المعالجة الحبيبية بشكل جيد بما يكفي للقيام بذلك على كوكب المريخ؟" الإجابة المقلقة هي: لا نعرف حتى الآن.
لا بأس في العمل مع المعرفة غير الكاملة على وجه الأرض لأنه ، عادةً ، لا يعاني أحد كثيرًا من هذا الجهل. ولكن على سطح المريخ ، قد يعني الجهل انخفاض الكفاءة أو ما هو أسوأ منع رواد الفضاء من استخراج ما يكفي من الأكسجين والهيدروجين للتنفس أو استخدامه كوقود للعودة إلى الأرض.
يقوم علماء الحبيبات المحللون الذين يحللون البيانات من مركبات المريخ ، ويبنون آلات حفر جديدة ، ويعتمدون على المعادلات ، ببذل قصارى جهدهم للعثور على الإجابات. كل ذلك جزء من استراتيجية ناسا لتعلم كيفية الوصول إلى المريخ ... والعودة مرة أخرى.
المصدر الأصلي: [بريد إلكتروني محمي]
