How does a Mars Rover work Perseverance

هذا هو المسبار الجوال بيرسيفيرانس، الروبوت الأكثر تقدمًا الذي هبط على كوكب آخر. في هذا الفيديو، سنلقي نظرة على بنائه، وإطلاق أطلس خمسة، ورحلته إلى المريخ، والأدوات العلمية التي تمكنه من دراسة السطح. في الثامن عشر من فبراير لعام 2021، هبط المسبار بيرسيفيرانس بنجاح على سطح المريخ، بتكلفة إجمالية قدرها 2. 5 مليار دولار أمريكي. يضم العديد من الأجهزة العلمية لدراسة المريخ والبحث عن علامات الحياة. ويمهد الطريق لاستكشاف البشر في المستقبل. بالطبع، بيرسيفيرانس ليس أول مسبار يزور المريخ. فقد كان سوجورنر في عام 1997، مسبار صغير جدًا. وها هو شخص بجانبه للمقارنة. سبيريت وأوبورتيونيتي في عام 2004، كانا مسبارين متطابقين أُرسلا بفارق بضعة أسابيع عن بعضهما. كيوريوسيتي هبط في عام 2012 ثم بيرسيفيرانس في عام 2021، بنفس حجم كيوريوسيتي وتكنولوجيا أكثر تقدمًا. هذه ليست قائمة كاملة. تُظهر فقط أحدث المسبارات التي أرسلتها ناسا في الولايات المتحدة. سأركز في الفيديو على بيرسيفيرانس. تصمم ناسا وتبني المسبارات في باسادينا، كاليفورنيا، في مختبر الدفع النفاث JPL. استغرق هذا حوالي ثماني سنوات من التصميم والبناء والاختبار لتجهيز المثابرة للانطلاق. تم تشييده في غرفة نظيفة خالية من الغبار أو أي ملوثات، وصمم للعمل على كوكب آخر. جو مختلف، جاذبية مختلفة، والأهم، لا محطة إصلاح. يجب أن يُهندس بشكل ممتاز ليستمر لسنوات دون مساعدة، ويجب أن يكون خفيفًا ومدمجًا بما يكفي ليتسع داخل مركبة الإطلاق. تم تغليف المسبار بعناية فائقة بمجرد جاهزيته للانطلاق. ومن ثم نُقِل جوًا عبر الولايات المتحدة إلى مركز كينيدي للفضاء في فلوريدا، حيث تم الإطلاق من هذا المكان نفسه الذي تقوم ناسا بإطلاق الصواريخ منه منذ ستينيات القرن الماضي. تم تجهيز المسبار بيرسيفيرانس مع مكونات أخرى خلال رحلته إلى المريخ، وسنتناول تفاصيل هذه القطع لاحقًا. تم وضعها جميعًا داخل الغلاف الواقي للحمولة. ثم نُقل إلى الصاروخ ومن ثم رُفع إلى القمة تمامًا. يُطلق على هذا الصاروخ اسم أطلس خمسة، وصُنع بواسطة شركة تُدعى تحالف الإطلاق المتحد، أو اختصارًا يولا. المسبار كان معلقًا رأسًا على عقب خلال الإطلاق. أفضل وقت للإطلاق إلى المريخ هو كل ٢٦ شهرًا تقريبًا. إذا عرضنا هذا بالمقياس الصحيح، لن ترى الشمس. لهذا العرض المتحرك، سأظهره بمقياس غير حقيقي لرؤيته بشكل أوضح. لدوران الأرض حول الشمس، تحتاج إلى عام واحد بالضبط، أليس كذلك؟ لا جديد هنا. أما المريخ، فيحتاج إلى ما يقارب عامين لاكتمال دورته حول الشمس. أفضل وقت للإطلاق هو قبل تراصف الأرض والمريخ مباشرة، ويُطلق عليها نافذة الإطلاق، وتحدث تقريبًا كل ٢٦ شهرًا. تم إطلاق مسبار بيرسيفيرانس في ٣٠ يوليو ٢٠٢٠. تستهلك الدفاعات الصاروخية الصلبة الأربعة وقودها أولاً. في دقيقة وتسع وأربعين ثانية، يتم إلقاؤها أو فصلها عن الصاروخ. في الدقيقة الثالثة وسبع وعشرين ثانية، يتم إلقاء غلاف الحمولة الواقي مما يعرض المركبة الفضائية. في الدقيقة الرابعة وثمانٍ وعشرين ثانية، ينفد وقود المعزز الرئيسي، ويتم فصله للسقوط نحو الأرض. هذه تُسمى مرحلة القنطور. يُشعل المحرك الرئيسي الآن. هذا يدخلنا في مدار حول الأرض. في الدقيقة الحادية عشرة وثلاثين ثانية، تُطفأ المحركات. يُطلق على هذه المرحلة اسم مرحلة الانزلاق. سنبقى هنا لمدة نصف ساعة تقريبًا. وقت مناسب للتحقق من الأمور والتأكد من أن كل شيء يعمل كما يجب. ثم نعيد تشغيل المحركات لثمانية دقائق تقريبًا، ويُسمى هذا بـ "حرق الهروب من الأرض". هذا ما يضعنا على مسار نحو المريخ. ثم ينفصل المركبة الفضائية. تسير بسرعة 41,000 كيلومتر في الساعة، وستحتاج حوالي سبعة أشهر للوصول إلى المريخ. مركبتنا الفضائية مكونة من عدة قطع. ها هو المسبار، مطوي بداخله، المرحلة الهابطة، يحمل ثمانية محركات صاروخية. الدرع الحراري، يخفف سرعتنا خلال الغلاف الجوي ويحمي المسبار. الغلاف الخلفي يحمي المسيّر أثناء هبوطه على سطح المريخ، ويوفر الطاقة والوقود والمحركات الدافعة، ويحافظ على التواصل مع الأرض خلال مرحلة الانتقال. تظل هذه المجموعة كاملة متماسكة خلال رحلة السبعة أشهر إلى المريخ. سنحتاج إلى تعديل مسارنا أثناء الرحلة. نقوم بذلك باستخدام المحركات الدافعة جانب مرحلة الرحلة الفضائية. هذا ما يُسمى بمناورة تصحيح المسار، أو TCM، وهناك عدة مناورات مماثلة في الطريق إلى المريخ. الهبوط على سطح المريخ ليس سهلاً. يُعرف بـ EDL، أي الدخول والنزول والهبوط، ويُعتبر الدقائق السبع المرعبة. فأي خطأ قد يؤدي لفشل إيصال المسبار بأمان. أثناء الهبوط، تحتاج الإشارات إلى حوالي ١١ دقيقة لتصل إلى الأرض بسرعة الضوء، وهي أسرع وسيلة اتصال. لا يبدو ذلك سريعًا جدًا، أليس كذلك؟ إحدى عشرة دقيقة تعتبر مدة طويلة. لوضع الأمور في نصابها، الضوء يستغرق من الأرض إلى القمر أكثر بقليل من ثانية للوصول إليهم. عندما كان رواد الفضاء في أبولو يهبطون على القمر، كانت ناسا تستطيع التواصل معهم في الزمن الفعلي، حيث كان يستغرق ثانيتين ونصف لاستقبال الرد. على المريخ، الأمر مختلف تمامًا. إذا حدث خطأ أثناء الهبوط، لن تسمع غرفة التحكم بالمهمة عنه إلا بعد أحد عشر دقيقة، ويستغرق الرد أحد عشر دقيقة أخرى ليعود كاملاً. في هذه المرحلة، سيكون الأمر قد انتهى بالفعل. إما هبوط آمن أو تحطم. وهذا يعني أن الحواسيب والإلكترونيات والبرمجيات يجب أن تكون ذكية بما يكفي للقيام بكل شيء بمفردها. EDL. الدخول، الهبوط والنزول. لنتابع الأمور خطوة بخطوة. حوالي عشر دقائق قبل دخول الغلاف الجوي. تم فصل مرحلة الرحلة الفضائية لعدم الحاجة. سيتم استخدام المحركات الصغيرة على الغلاف الخلفي لتوجيه المركبة الفضائية. ثم الدخول إلى الغلاف الجوي. سيحمي الدرع الحراري المسبار في هذا الوقت. بعد الوصول إلى ارتفاع حوالي 11 كيلومتر فوق سطح الأرض، يمكن نشر المظلة باستخدام تقنية تُعرف بمشغل المدى. تُحدد هذه التقنية مدى قربنا من موقع الهبوط وتنشر المظلة في الوقت المناسب تمامًا. الخطوة التالية هي فصل درع الحماية الحراري. لأول مرة، يمكن لمسبار الإصرار رؤية سطح المريخ أسفله. نستخدم الآن الملاحة النسبية للتضاريس، حيث يلتقط المسبار صورًا للأرض أسفله ويقارنها بخرائط المريخ، وذلك لتوجيه المسبار بأمان نحو موقع الهبوط المقصود. الخطوة التالية هي فصل الغلاف الخلفي. كل ما تبقى هو الهبوط والمسبار. تشتعل محركات المرحلة الهابطة لتبطئ سرعتنا عند الاقتراب من السطح. ثم ينفصل المسبار، وما زال متصلاً ببعض الكابلات. يُطلقون على هذا مناورة رافعة السماء. الجزء الأخير، الجميع ينتظر الهبوط. يتم قطع الكابلات، وتطير المرحلة لتحطم بعيدًا عن المسبار. حان الوقت لفحص أنظمة المسبار ونشر الصاري والذراع الآلية. هدف مسبار الإصرار هو البحث عن علامات الحياة. هبط في فوهة جيزيرو، مليئة بالماء قبل مليارات السنين. حيث الماء، توجد عادة الحياة، أو دلائل على وجودها في الماضي. روفر بيرسيفيرانس مجهز بأجهزة علمية متقدمة لدراسة سطح المريخ. إنه ضخم، بحجم سيارة تقريبًا. يُطلقون على الهيكل الرئيسي للروفر اسم WEB، أي صندوق الإلكترونيات الدافئ. ولديك ست عجلات، ثلاثة على كل جانب، مصنوعة من الألومنيوم. العجلات الأمامية والخلفية يمكن أن تدور، مما يسمح للروفر بالدوران كاملًا 360 درجة. نظام التعليق يمكّن الروفر من السير على التضاريس الوعرة. لا يمكنك معرفة نوع العقبات التي قد تواجهها على المريخ. لكن لنكون أكثر واقعية، سيتحرك الروفر بهذه السرعة تقريبًا. أقصى سرعة له هي 0. 1 كيلومتر في الساعة. السرعة البطيئة تهدف لضمان أمان واستقرار الروفر. هذا هو الصاري للإستشعار عن بُعد. هنا تجد بعض الكاميرات وأجهزة الاستشعار الخاصة بالروفر. إنه أطول بقليل من طول الإنسان، ليوفر لنا منظورًا مشابهًا لما سيراه الشخص هنا على الدائرة الكبيرة في الأعلى تُسمى السوبركام، وهي ليزر يمكنه تحديد المواد الكيميائية في الصخور من مسافة تصل إلى 7 أمتار تقريبًا. هذه هي ماستكام-زد، الكاميرات الرئيسية على المسبار التي تلتقط فيديو عالي الدقة. تُستخدم كاميرات الملاحة لمساعدة المسبار على القيادة بأمان على سطح المريخ. أسفلها مباشرةً يوجد محلل الديناميكيات البيئية للمريخ، أو ميدا، الذي يدرس الطقس والغلاف الجوي على المريخ. يحتوي المسبار على ميكروفونين، أحدهما على الصاري، والآخر على جانبه. ثم لدينا كاميرات الأخطار، والتي تُعرف اختصارًا بـ "هازكامز". بعضها في المقدمة وبعضها في الخلف. تساعد هذه الكاميرات في تجنب الأخطار والعقبات أثناء التجول على سطح المريخ. مصدر الطاقة للمسبار يُسمى المولد الحراري النووي الإشعاعي، أو اختصارًا "آر تي جي"، وهو مصدر طاقة نووي يولد التحلل الإشعاعي للعناصر الحرارية. التي يمكن بعد ذلك تحويلها إلى كهرباء. استخدمت بعض المركبات الجوالة السابقة الألواح الشمسية لتوليد الطاقة من ضوء الشمس، لكن هذا لا يعمل ليلاً. وإذا تراكم الغبار عليها بكثافة، تنتهي اللعبة. كيوريوسيتي وبيرسيفيرانس يستخدمان المولد الحراري النووي الإشعاعي، وهذا يعني الكثير. مرونة أكبر فيما يتعلق بالطاقة. هذا هو ريمفاكس، أو جهاز التصوير الراداري لتجارب باطن المريخ. يستخدم هذا الجهاز موجات الرادار لدراسة الأرض حتى عمق تسعة أمتار تحت سطح المريخ. وثمَّ موكسي، تجربة استخدام الموارد وإنتاج الأكسجين على المريخ. يقوم هذا الجهاز بتحويل ثاني أكسيد الكربون الموجود على المريخ إلى أكسجين. ستكون هذه التكنولوجيا مهمة جدًا عندما نبدأ في إرسال البشر إلى المريخ. وبالطبع، الذراع الآلية في مقدمة المسبار تمامًا. يوجد بها بعض الأدوات في النهاية مع بعض الاختصارات الكبيرة لناسا. إذًا ها نحن ذا. بيكسل، وهو يساعد على تحديد العناصر الكيميائية التي تُكوِّن على نطاق ضيق للصخور. واتسون، كاميرا قوية أخرى لرؤية الصخور بتفاصيل دقيقة. ومن ثم شيرلوك، هذا يوفر تصويرًا دقيقًا للتفاصيل في نهاية الذراع مثقاب الحفر، الذي يحفر ويجمع العينات لتخزينها على متن المسبار. سيقوم بعد ذلك بوضع هذه العينات داخل المسبار. وهناك مهمة مستقبلية مخطط لها لاسترجاع هذه العينات من سطح المريخ وإعادتها للأرض لدراستها بعمق. إذًا، كيف يتواصل المثابر مع الأرض؟ الطريقة الأفضل هي استخدام شبكة الإرسال المريخية، التي تتألف من عدة أقمار صناعية تدور حول المريخ. تم إطلاق هذه الأقمار الصناعية قبل وصول المثابر إلى المريخ بفترة طويلة. تُستخدم هذه الأقمار الصناعية أيضًا لأغراض علمية وللتواصل مع مركبات جوالة أخرى موجودة على المريخ. على سبيل المثال، إحدى هذه الأقمار الصناعية تُسمى المداري الاستطلاعي للمريخ، مما يتيح للمثابر إرسال البيانات إلى القمر الصناعي، الذي يقوم بإعادة إرسالها مباشرةً إلى الأرض. وعلى الأرض، تستخدم ناسا أطباقًا ساتلية ضخمة للتواصل مع المركبات الفضائية في أنحاء المجموعة الشمسية. هذا جزء من شبكة الفضاء. توجد ثلاث مواقع رئيسية لهذه الأطباق الساتلية: جولدستون في كاليفورنيا ومدريد في إسبانيا. وكانبيرا، أستراليا. بغض النظر عن اتجاه دوران الأرض، ستظل قادرة على استقبال الإشارات من المريخ أو مناطق بعيدة أخرى في نظامنا الشمسي. لدى بيرسيفيرانس ثلاث هوائيات على متنه، بما في ذلك الهوائي UHF الذي يتواصل مباشرةً مع الأقمار الصناعية أعلاه، ويُستخدم أساسًا لإرسال كميات كبيرة من المعلومات. الهوائي ذو الكسب العالي يرسل مباشرةً إلى الأرض ومنها، والهوائي ذو الكسب المنخفض يُستخدم لاستقبال البيانات. بالطبع، لا يمكننا نسيان إنجينيوتي، الطائر المروحي الذي أُرسل إلى المريخ مع المسبار. الآن، أين تعتقد أنه تم وضع الطائرة المروحية على المسبار؟ انظر بعناية، سترى هنا حجرة صغيرة جدًا سوداء. هذا هو المكان الذي تم تخزينها فيه. بعد شهرين من الهبوط، تم نشر الطائرة المروحية على السطح، واستغرقت العملية حوالي أسبوع للانتهاء. أولاً، يتم إزالة الغطاء وعرض الطائرة المروحية. ثم يتم فك القفل، وطيها بعناية، تُخرج الأرجل وتُنزل على السطح. المثابرة تبتعد، والدهاء يمتص ضوء الشمس على لوحة الطاقة الشمسية. المروحية تحتوي على روتورين يدوران في اتجاهين معاكسين. على الأرض، تدور شفرات معظم الطائرات المروحية ببضع مئات من الدورات في الدقيقة فقط. لكي تعمل الطائرة المروحية على المريخ، يجب أن ندور الشفرات بسرعة أكبر بكثير، بسبب ندرة الهواء هناك. حدثت أول رحلة تجريبية للمروحية الذكية بعد حوالي شهرين من الهبوط على المريخ. هي أول مروحية تطير في كوكب آخر، وقد كانت نجاحًا باهرًا. حتى الآن، تمت عدد قليل من الرحلات، والمروحية الذكية ما زالت تعمل بكفاءة. المثابرة تمهد الطريق للمهمات المستقبلية لإعادة عينات المريخ إلى الأرض، والهدف التالي: إرسال البشر إلى المريخ.