مریخ نورد اسپیریت
مریخ نورد اسپریت (spirit) و فرصت (opportunity) در واقع دو وسیله کاملا مشابه بودند که در اوایل سال 2004 در دو سوی مقابل مریخ فرود آمدند. اگرچه این وسایل برای انجام ماموریت های اکتشافی به مدت سه ماه بر روی مریخ طراحی شده بودند اما در عمل به مدت چندین سال دوام آوردند و مریخ نورد فرصت هم اکنون (2016) نیز همچنان در حال فعالیت است. مریخ نورد روح نیز تا سال 2010 فعال بود اما به دلیل قرار گرفتن در چهارمین زمستان سرد مریخ و عدم جهت گیری مناسب صفحات خورشیدی آن، توان الکتریکی آن از دست رفت و از کار افتاد.
پرتاب اسپیریت: 10 ژوئن 2003 (20 خرداد 82)
پرتاب فرصت: 7 ژوئیه 2003 (16 تیر 82)
فرود اسپیریت در مریخ: 3 ژانویه 2004 (13 دی 82)
فرود فرصت در مریخ : 24 ژانویه 2004 (4 بهمن 82)
در این نوشتار شرح خلاصه ای بر ماموریت اسپیریت ارائه می شود.
مریخ نورد اسپیریت (spirit rover) در تاریخ 10 ژوئن 2003 (20 خرداد 82) توسط موشک پرتابگر دلتا-2 پرتاب شد.
یکی از اهداف اصلی این مریخ نورد تحلیل طیف وسیعی از خاک و سنگ ها جهت مشخص کردن آثار قدیمی وجود آب در مریخ بود.
موشک پرتابگر دلتا-2 در حین پرتاب اسپیریت، 10 ژوئن 2003
اسپیریت در تاریخ 3 ژانویه 2004 (13 دی 82) پس از حدود 7 ماه مسافرت در فضای بین سیاره ای، در منطقه دهانه گسیو (Gusev) در مریخ به سلامت فرود آمد.
اجزای تشکیل دهنده و ویژگی های کارکردی آنها
–کامپیوتر: جهت پردازش اطلاعات (سی پی یو=20مگاهرتز، رم=128 مگابایت، حافظه فلش=3 مگابایت)
– سیستم کنترل دما: هیترهای داخلی و یک لایه عایق. دمای کاری دستگاه از 40 درجه سانتیگراد زیر صفر تا 40 درجه بالای صفر است.
-منبع انرژی: منبع انرژی اساسا از دو باتری قابل شارژ تشکیل شده است که به وسیله چند صفحه خورشیدی شارژ می شوند و در شرایط نوردهی بهینه 140 وات برق تولید می کنند. این مریخ نورد برای حرکت بر روی مریخ نیازمند 100 وات برق است. حداکثر سرعت این مریخ نورد 5 سانتیمتر در ثانیه (180 متر در ساعت) و سرعت معمول آن 1 سانتیمتر در ثانیه (36 متر در ساعت) است.
-آنتن ها: برای ارسال و دریافت اطلاعات به کار می روند و شامل آنتن با بهره بالا و آنتن با بهره پایین می شوند. آنتن با بهره پایین در همه جهت ها اطلاعات دریافت و ارسال می کند و اصطلاحا همه سویه است. این آنتن اطلاعات را با نرخ پایین در باند-X برای آنتن های شبکه فضای عمیق (DNS) بر روی کره زمین ارسال می کند. آنتن با بهره بالا می تواند پرتوی از داده ها را در یک جهت معین ارسال کند و جهت آن قابل تنظیم است. مریخ نورد علاوه بر ارسال اطلاعات به زمین، می تواند اطلاعات را در باند-UHF به مدارگردهای مریخ (مدار گرد اودیسه) ارسال کند. این مدارگردها مدت زمان بیشتری کره زمین را در دید خود دارند.
– دوربین ها و ابزارهایی که اطلاعات محیطی را بدست می دهند. دوربین نصب شده بر روی یک دکل که به اندازه قد یک انسان از سطح مریخ ارتفاع دارد تا تصویر را در مقیاس قد انسان ثبت کند. رزولوشن دوربین ها 1024 در 1024 پیکسل است.
–چرخ ها: این مریخ نورد دارای شش چرخ است که هر چرخ دارای موتور مستقلی است.
دیگر تجهیزات اصلی شامل موارد زیر است:
- دوربین پانوراما
- طیف سنج گرمایی
- طیف سنج اشعه ایکس ذره آلفا
- آهنربا: برای جمع آوری ذرات آهنربایی
- تصویر بردار میکروسکوپی
- ابزار سایش سنگ
ادامه مأموریت
تصویر زیر اولین عکس رنگی پانوراما ارسال شده به وسیله اسپیریت است که با کیفیت ترین عکس از یک سیاره دیگر در سال 2004 بود.
اولین عکس رنگی ایجاد شده از تصاویر ارسالی اسپیریت
در روز کاری هفدهم مشکل نرم افزاری باعث مختل شدن کار کامپیوتر اسپیریت شد که در نهایت تیم کارشناسان با حذف تعدادی از فایل ها موفق شدند در روز کاری سی و سوم وضعیت نرم افزاری را اصلاح و آن را به حالت اصلی خود بازیافت کنند.
در روز 65 ام اسپیریت بعد از طی 370 متر بر روی سطح مریخ به دهانه بونویل (Bonneville) رسید که دارای عرض 200 متر و عمق 10 متر بود.
تصویر دهانه بونویل به وسیله اسپیریت، روز 68 (تصویر کامل، 39.4 مگابایت)
تصویر دمایی دهانه بونویل به ترتیب در ساعات 10:15، 11:49، 13:35، 14:35، 16:39 (قرمز معرف دمای 3- درجه و آبی تیره معرف دمای 43- درجه سانتیگراد است)
تیم کارشناسی با بررسی تصاویر این دهانه دریافت که فرستادن مریخ نورد به درون این دهانه اولویتی ندارد زیرا هدف مشخصی در آن دیده نمی شد. بنابراین اسپیریت به طرف جنوب-غرب به سمت تپه های موسوم به تپه های کلمبیا (که به یاد 7 نفر سرنشین شاتل فضایی کلمبیا که در حادثه انفجار این شاتل جان باختند نام گذاری شده بود) حرکت کرد.
در این مسیر در روز 105 ام به دهانه میسولا (Missoula) رسید اما این دهانه هم به خاطر وجود سنگ های قدیمی اولویت چندانی برای کاوش نداشت و مریخ نورد به مسیر خود به سمت تپه های کلمبیا ادامه داد.
تپه های کلمبیا، روز 149 ، فاصله تقریبی تپه تا مریح نورد 300 متر است.
تپه های کلمبیا با ارتفاع تقریبی 90 متر
در روز 159 ام اسپیریت به تپه های کلمبیا رسید و به مدت 23 روز به بررسی سنگهایی در گودال هانک پرداخت. در این گودال اسپیریت با استفاده از طیف سنج اشعه ایکس سنگی به نام «دیگ طلا» را مورد بررسی قرار داد و مشخص کرد که سنگ حاوی هماتیت است. این نوع سنگ به طور معمول در حضور آب تشکیل می شود.
در این مرحله به خاطر کم انرژی شدن نور خورشید در فصل زمستان و همچنین کاهش انرژی صفحات خورشیدی در اثر غبار، شبها اسپیریت در حالت خواب قرار می گرفت تا در توان الکتریکی آن صرفه جویی شود.
در روزهای 239 تا 262 ام، به دلیل قرار گرفتن مریخ در آنسوی خورشید (مقارنه خورشیدی)، امکان ارسال سیگنال به مریخ به دلیل حضور خورشید در مسیر از بین می رود و بنابراین اسپیریت به حالت خاموشی قرار گرفت. در روزهای سرد بعدی اسپیریت همچنان به کاوش در منطقه مشغول بود.
در 9 مارس 2005 کارایی صفحات خورشیدی ناگهان از حالت کنونی که به 60 درصد کارایی اصلی خود رسیده بودند به 93 درصد افزایش یافت. دلیل آن ورزش گردباد بود که سطح صفحات را پاکسازی کرده بود. این اولین باری بود که گردباد به وسیله این مریخ نورد ثبت می شد.
تصویر متحرک گردباد در سطح مریخ که به وسیله مریخ نورد اسپیریت ثبت شده است. شمارنده در گوشه سمت چپ نشان دهنده گذشت زمان بر حسب ثانیه است. سه گردباد کوچک دیگر هم در پس زمینه دیده می شوند.
با افزایش انرژی دریافتی از صفحات خورشیدی، تیم تصمیم گرفت تا اسپیریت را به بالای تپه هاسبند هدایت کند.
رد چرخها در نزدیکی تپه هاسبند، روزهای 318 تا 325 (تصویر کامل، 38 مگابایت)
اسپریت در حال صعود به تپه هاسبند، روزهای 410 تا 413 (تصویر کامل، 36.2 مگابایت)
این صعود چندین روز به طول انجامید و این تصویر غروب خورشید در یکی از همین روزها گرفته شد.
این تصویر در تاریخ 19 مه 2005 به وسیله مریخ نورد اسپیریت (روح) گرفته شد. چون مریخ نسبت به زمین فاصله بیشتری تا خورشید دارد، اندازه ظاهری خورشید در مریخ حدود دو سوم اندازه ظاهری آن در زمین است. به علت وجود غبار در لایه های بالای جو مریخ، روشنایی خورشید تا حدود 2 ساعت بعد از غروب و 2 ساعت قبل از طلوع آفتاب در هوا دیده می شود. این تصویر در روز ۴۸۹ ام از ماموریت اسپیریت در دهانه گسیو (Gusev) و در ساعت 6:07 عصر به وقت مریخ گرفته شد. فاصله کوه های محل غروب تا مریخ نورد حدود 80 کیلومتر است.
در روزهای کاری 583 تا 586، یعنی اندکی بعد از رسیدن به قله تپه هاسبند، تصویر 360 درجه ای زیر که شامل کل دهانه گسیو می شد ثبت گردید.
تصویر 360 درجه از بالای تپه «هاسبند» ، 24 تا 27 اوت 2005 (دانلود تصویر کامل، 65 مگابایت)
نمای جنوبی از بالای تپه هاسبند
تصویر 150 درجه ای در حین فرود از تپه هاسبند (دانلود تصویر کامل، 16.2 مگابایت)
بعد از آن در سال 2006 اسپیریت به سمت شیب شمالی تپه های مک کول هدایت شد تا در حین فصل زمستان مقدار کافی نور خورشید دریافت کند.
16 مارس 2006 و در روز کاری 778 ام چرخ جلو سمت راستی به طور کامل از کار افتاد (هر کدام از شش چرخ این مریخ نورد دارای موتور مستقل بود). تیم تصمیم گرفت که با معکوس کردن جهت حرکت اسپیریت این مشکل را دور بزند به طوری که چرخ معیوب در پشت سر اسپیریت بر روی سطح کشیده شود. اسپیریت با همین وضعیت به حرکت خود به سمت تپه مک کول ادامه داد.
چرخ از کار افتاده اسپیریت به نوعی باعث کشف جدیدی شد. در 22 مارس 2006 در هنگامی که اسپیریت بر روی خاک ها در حال حرکت بود، چرخ از کار افتاده باعث کنار رفتن لایه سطحی شد و خاک های سفیدی را نمایان کرد که غنی از سیلیکا (SiO2) بود و در واقع شواهدی را نشان می داد که در گذشته احتمالا در این منطقه آب وجود داشته است.
22 مارس 2006، روز کاری 788، خاک های غنی از سیلیس
در اواخر مارس اسپیریت با خاک های بسیار نرمی مواجه شد که مانع از حرکت به سمت تپه مک کول می شد. تیم تصمیم گرفت حرکت به سمت تپه مک کول را لغو کرده و اسپیریت را در کنار تل خاکی مجاور موسوم به low ridge haven پارک کند. در 9 آوریل 2006 اسپیریت در کنار این تل پارک کرد و به صورت ساکن به کاوش در محیط اطراف پرداخت.
اسپیریت پس از پارک بر روی یک شیب مناسب جهت دریافت کافی انرژی خورشیدی در زمستان، تصویر 360 درجه ای فوق را در روزهای 814 تا 932 ثبت کرد. (تصویر کامل، 87 مگابایت)
بقایای احتمالی شهاب سنگها
تصویر ارسالی از کنار این تپه سنگهایی را نشان می دهد که احتمالا بقایای شهاب سنگ ها باشند.
در شکل زیر دمای سطح صفحات خورشیدی مریخ نورد در طی روزهای مختلف (تا روز 1100) نشان داده شده است.
دماهای اندازه گیری شده در سطح صفحات خورشیدی اسپیریت. کمترین دما در شب های زمستانی 110 درجه زیر صفر و بیشترین دما در روزهای تابستانی حدود 30 درجه بالای صفر است. همچنین در تمام شب های سال دما همواره کمتر از 80 درجه زیر صفر است.
به خاطر کم بودن نور خورشید در زمستان، در طول هشت ماه بعدی هیچگونه تلاشی برای حرکت کردن و جابجا شدن انجام نشد.
در اواخر سال 2007 یک سری طوفان های غبار آلود مریخ را در بر گرفت و در 20 ژوئیه هر دوی مریخ نوردها در معرض نقص و از کار افتادگی قرار گرفتند. مشکل اصلی در این زمان مسدود شدن 99 درصد از نور مستقیم خورشید برای مریخ نوردها بود. عدم شارژ باتری ها باعث می شود هیتر ها (گرم کننده ها) نتوانند قطعات الکتریکی ضروری مریخ نورد را گرم نگه دارند و سرمای زیاد باعث از کارافتادگی این قطعات خواهد شد. بعد از اینکه طوفان اندکی فروکش کرد مریخ نوردها قادر شدند تا دوباره به شارژ باتری خود بپردازند اما در طول طوفان همچنان بی حرکت باقی مانند.
برای آنکه در طول زمستان اسپریت بتواند انرژی کافی دریافت کند، بر روی یک شیب با زاویه 30 درجه پارک شد و برای صرفه جویی در مصرف انرژی وسایل غیر ضروری آن خاموش شد و ارتباط آن با زمین نیز به حداقل رسید.
در 6 فبریه 2009 وزش باد باعث تمیز شدن سطوح خورشیدی و در نتیجه افزایش انرژی اسپیریت شد و تیم تصمیم گرفت به حرکت اسپیریت ادامه دهد. در اول مه 2009 و روز کاری 1892 ام، اسپریت در خاک های بسیار نرم منطقه ای به نام «تروی» (Troy) به دام افتاد. در زیر لایه سطحی این خاک، غبارهای بسیار نرم سولفات آهن وجود داشت که اصطکاک بسیار کمی دارند و حرکت چرخ را دشوار می سازد. تیم کارشناسی با شبیه سازی شرایط بر روی زمین و ایجاد مدل های کامپیوتری تلاش کرد تا اسپیریت را از این خاک ها خارج کند. اما در واقع شبیه سازی کامل شرایط مریخ بر روی سطح زمین به دلیل پایین بودن گرانش و فشار جو مریخ دشوار است.
تصویر ارسالی اسپیریت از منطقه Troy ، روز 1906 تا 1943 (محل گیر کردن در دام خاک های نرم) (تصویر کامل، 67 مگابایت)
تصاویر ارسالی اسپیریت در تلاش برای خروج از خاک های نرم (روز کاری 2050)
در روز کاری 2100 ام چرخ عقب سمت راست نیز به طور کامل از کار افتاد. در 17 دسامبر 2009 و روز کاری 2116، چرخ جلویی سمت راست که مدت ها بود از کار افتاده بود ناگهان برای مدتی به کار افتاد اما به کار افتادن این چرخ هم کمکی به خروج اسپیریت از این خاک ها نکرد.
در 26 ژانویه 2010 و روز کاری 2155، بعد از چندین ماه تلاش ناموفق برای خلاص کردن اسپیریت، تیم تصمیم گرفت که ماموریت اسپیریت را از حالت متحرک به یک ماموریت ساکن تبدیل کند و تلاش کرد تا اسپیریت را در وضعیتی قرار دهد که به نحو بهتری در طی زمستان انرژی دریافت کند. اما در 30 مارس 2010 اسپیریت به پیام های ارسالی از زمین پاسخی نداد. برنامه داخلی طوری تنظیم شده است که در صورت کاهش زیاد توان، مریخ نورد همه دستگاه ها از جمله دستگاه های ارتباطی را خاموش می کند و منتظر شارژ دوباره می ماند (که اصطلاحا به این وضعیت خواب عمیق گفته می شود).
آخرین ارتباط با اسپیریت در 22 مارس 2010 (روز کاری 2208) بود. در طی زمستان قبلی که دمای اطراف به کمتر از 100 درجه سانتیگراد زیر صفر می رسید اسپیریت قادر بود تا با استفاده از هیترها (گرم کننده ها)، دمای قطعات داخلی را در حد 40 درجه زیر صفر گرم نگه دارد، اما در این زمان به علت گیر افتادن در دام خاک های نرم و عدم توانایی برای جهت گیری مناسب جهت دریافت انرژی خورشیدی، احتمالا دمای قطعات داخلی به کمتر از 55 زیر صفر درجه کاهش یافت. به احتمال زیاد شارژ باتری ها به حدی کم شد که ساعت داخلی از کار افتاد. در صورتی که ساعت داخلی از کار بیفتد مریخ نورد قادر به بازیافت از وضعیت خواب عمیق و تبعیت از سیگنال ها نخواهد بود. بنابراین تیم با در نظر گرفتن این فرض تلاش هایی را برای برطرف کردن نقص احتمالی ساعت آغاز کرد.
این امکان وجود داشت که ساعت داخلی مریخ نورد در طول ساعاتی از روز که گرمتر می شود به کار بیفتد ولی زمان آن به هیچ وجه مشخص نبود. بنابراین تیم در هر روز به طور ممتد سیگنال هایی را در باند-X از طریق شبکه فضای عمیق (DNS) و همچنین سیگنال هایی را در باند-UHF از طریق مدارگرد اودیسه به مریخ نورد ارسال کرد. اگر اسپیریت یکی از این سیگنال ها را دریافت می کرد در پاسخ سیگنالی در باند-X یا در باند- UHF ارسال می کرد. اما حتی با استفاده از این استراتژی نیز هیچ پاسخی از اسپریت نرسید.
آنتن 70 متری شبکه فضای عمیق که برای ارتباط با مریخ نورد به کار می رود. این آنتن ها که در سه نقطه جهان (آمریکا، استرالیا و اسپانیا) قرار گرفته اند هر کدام داری وزن حدود 3500 تن و مساحت 4180 متر مربع است و قادر به ارسال امواج در باند-x با توان 400 کیلووات هستند. برای اطلاعات بیشتر در مورد شبکه فضای عمیق این صفحه را ببینید.
مدار گرد اودیسه که از سال 2001 تاکنون (2015) در مدار مریخ قرار دارد و بیش از 85 درصد اطلاعات مریخ نوردها از طریق این مدارگرد به زمین مخابره شده است.
تیم کارشناسان در آزمایشگاه پیشران جت (JPL) ناسا تا 25 مه 2011 به تلاش ناموفق خود برای ارتباط با اسپیریت ادامه داد اما در این زمان رسما پایان کار اسپیریت را اعلام کرد.
دلیل از کار افتادن آن نیز اینگونه اعلام شد که به احتمال زیاد به خاطر کمبود دریافت انرژی خورشیدی در زمستان، هیترها (گرم کننده ها) از کار افتاد و درنتیجه بسیاری از بخش های ضروری داخلی در اثر سرما دچار آسیب شد.
اسپیریت در مجموع 128224 عکس ارسال کرد و 7730 متر بر روی مریخ راهپیمایی کرد و بینش و دیدگاه بهتری در مورد این سیاره برای جهانیان فراهم آورد.
بعد از این زمان، همه امکاناتی که برای پشتیبانی اسپیریت مورد استفاده قرار می گرفت به بخش پشتیبانی مریخ نورد «فرصت» انتقال یافت.
منبع: گردآوری و ترجمه از چند سایت زیر مجموعه ناسا و سایت ویکیپدیا
