مهندسی فرود

                                     آزمایش چتر فرود در تونل باد مرکز تحقیقات ایمز ناسا 

کمتر از چند ساعت دیگر به فرود مریخ‌نورد کنجکاوی باقی‌ مانده است. تقریبا همه‌ی برنامه‌ها و هدف‌گذاری‌ها علمی٬ در گروی فرود امن و سالم این مریخ‌نورد یک تنی است. اما فرود کنجکاوی با فرود مریخ‌نوردهای پیش از خود کمی متفاوت است. زیرا در این فرود از روش جدیدی به نام جرثقیل آسمانی یا SkyCrane به کار گرفته شده است که اوج مهندسی در عرصه‌ی روبوتیک و مکانیک را به نمایش می‌گذارد. همین روش جدید سبب شده است تا مأموریت کنجکاوی اندکی حساس‌تر از مأموریت‌های اکتشافی پیشین باشد همان حساسیتی که هنگام فرود وایکینگ‌ها و پث‌فایندر وجود داشت. به طور کلی فرود کنجکاوی را می‌توان در ۴ مرحله بررسی کرد:

۱. هدایت ورود

مریخ‌نورد کنجکاوی در طول مسیر خود به سوی مریخ با سپر حرارتی-فشاری محافظت می‌شود. به روی این سپر موتورهایی نصب شده است که هدایت مسیر حرکت و چرخش مرحله‌ی «سفر» یا Cruise را به عهده دارد. این سپر حرارتی ۱۰ دقیقه پیش از رسیدن فضاپیما به جوّ مریخ٬ از مرحله‌ی سفر جدا می‌شود. مرحله‌ی سفر فضاپیما مرحله‌ای است که نیروی پیشران مورد نیاز فضاپیما را تامین می‌کرد. یک دقیقه پس از جدایش٬ سپر حرارتی دیگری به قطر ۴/۵ متر و از جنس PICA در مسیر فرود قرار می‌گیرد. این سپر بزرگ‌ترین سپر حرارتی‌ است که بشر تا به امروز راهی فضا کرده است. سپس موتورهای هدایت‌کننده روی فضاپیما RCS به‌گونه‌ای عمل می‌کنند تا چرخش فضاپیما متوقف شود. پس از برخورد سپر حرارتی با جوّ سرعت فضاپیما از حدود ۵۸۰۰ متر بر ثانیه به ۴۷۰ متر بر ثانیه کاهش می‌یابد و پس از گذشت یک دقیقه‌ و ۳۰ ثانیه از ورود٬ این سپر حرارتی عظیم به بیشترین دمای تحمل‌پذیر خود می‌رسد و ۱۰ ثانیه‌ی بعد٬ شتاب به ۱۵برابر گرانش زمین خواهد رسید. در این حالت فاز ورود به جوّ تکمیل شده است و فاز بعدی آغاز می‌شود.

۲. فرود با چتر

هنگامی که فضاپیما با سرعت ۴۷۰ متر بر ثانیه در ارتفاع ۱۰ کیلومتری از سطح مریخ قرار بگیرد٬ چتر مخصوصی باز می‌شود که قطرش ۱۹.۷ متر و ۱۰ درصد بزرگ‌تر از چترهای مأموریت کاوش مریخ (روح و فرصت) است. این چتر٬ گنبدی شکل است و در مرکز آن سوراخی وجود دارد تا از شدت فشار بکاهد. در واقع به این چتر می‌توان به عنوان یکی از ترمزهای اصلی مریخ‌نورد نگاه کرد زیرا نیروی پسایی به بزرگی ۲۸۹ کیلونیوتن از آن حاصل می‌شود که سرعت فضاپیما را بسیار کاهش می‌دهد. پس از بازگشایی چتر فرود٬‌ سپر حرارتی از فضاپیما جدا می‌شود و دوربینی که زیر مریخ‌نورد نصب شده است آغاز به کار می‌کند و در هر ثانیه ۵ فریم را به سوی زمین مخابره می‌کند تا هنگامی که از فرود ایمن روی سطح مریخ اطمینان کامل حاصل شود. در همین شرایط وارد فاز فرود با توان راکت‌ها یا فرود قدرتی می‌شویم.

۳. فرود قدرتی (فرود با کمک توان راکت‌ها)

مرحله‌ی فرود با چتر در حالی که سرعت فضاپیما به ۱۰۰ متر بر ثانیه می‌رسد٬ تا ارتفاع ۱/۸ کیلومتری از سطح مریخ ادامه‌ می‌یابد. سپس در این ارتفاع٬ پوشش محافظ فضاپیما به همراه چتر فرود جدا می‌شوند و در همان لحظه٬ هشت راکت‌ هیدرازینی نصب شده روی بخش اصلی فضاپیما به‌کار می‌افتند و نیروی برآیی در حدود ۳۱۰۰ نیوتن

 ایجاد می‌کنند که مانع برخورد آنی مریخ‌نورد با

سطح مریخ می‌شود. این نیروی برآ٬ به اندازه‌ی قابل توجهی از میزان سرعت می‌کاهد اما مشکلی در این میان وجود دارد این‌که فضاپیما نمی‌تواند با این هشت راکت تا ارتفاع خاصی به سطح مریخ نزدیک شود. زیرا جرم مریخ‌نورد کنجکاوی بسیار زیاد و در حدود ۹۰۰ کیلوگرم است و برای کنترل کردن سرعت فرودش نیاز به یک دستگاه قدرتمند و موتورهای بزرگ‌تر است. هنگامی که این دستگاه بزرگ و قدرتمند(بخش اصلی فضاپیما) به سطح مریخ نزدیک شود  ممکن است بر اثر نیروی خروجی نازل راکت‌ها گرد و غبار عظیمی ایجاد شود که به ابزارهای کنجکاوی آسیب برساند. بنابراین مهندسان برای جبران آن ارتفاع از روش سحرآمیزی به نام جرثقیل آسمانی بهره برده‌اند.

۴. جرثقیل آسمانی

پس از این‌که راکت‌ها موفق شدند سرعت مریخ‌نورد را تا نزدیکی صفر برسانند (حالت معلق) در همان لحظه٬ کنجکاوی در حالی که کابل‌های محکمی به آن متصل است به‌آرامی از فضاپیمای اصلی جدا می‌شود٬ چرخ‌هایش را باز می‌کند و  به فرآیند فرود ادامه می‌دهد تا هنگامی که سطح سیاره‌ی سرخ را لمس کند. در صورتی که سنسورها نصب شده روی مریخ‌نورد این فرود را تأیید کنند کابل‌ها از مریخ‌نورد جدا می‌شوند و فضاپیمای اصلی که هشت راکت آن را معلق نگه‌داشته بودند با نیروی برآی بسیار زیادی محل فرود 

مریخ‌نورد را ترک می‌کند و در گوشه‌ای بسیار دور سقوط خواهد کرد. فاز جرثقیل آسمانی تاکنون در هیچ‌یک از

مأموریت‌های پیشین کاوش مریخ استفاده نشده است به همین علت یکی از حساس‌ترین بخش‌های فرود کنجکاوی محسوب می‌شود.

تقریباً کمتر از ۱۰ ساعت دیگر می‌توانیم با قطعیت درباره‌ی موفقیت این روش سخن بگوییم. اگر همه‌چیز همان‌گونه که پیش‌بینی شده پیش برود بدون تردید٬ دانشمندان گامی بزرگ در عرصه‌ی مهندسی فرودهای فضایی برداشته‌اند.

اگر علاقه‌مندید تا این فرود برای‌تان ملموس‌تر باشد خوب است سری به این پیوند بزنید تا خودتان به همراه کنجکاوی روی مریخ فرود بیایید.

از این مجموعه:

پیش به سوی فناوری

خانه‌ی دوست کجاست؟

لحظات پایانی سفر کنجکاوی

 

منابع: Discovery.com – Jpl.nasa.gov

 

 

درباره نویسنده

174مطلب نوشته است .

[email protected]

تمام حقوق این سایت برای © 2017 كانوت. محفوظ است.
Powered by Persian Wordpress