اولین سکوهای فرود قابل استفاده مجدد برای ماموریتهای ماه ساخته میشوند
- مجموعه: اخبار علمی و آموزشی
- تاریخ انتشار : پنجشنبه, ۰۴ دی ۱۴۰۴ ۱۰:۲۵
به گزارش ایسنا به نقل از یونیورس اسپیس تک، اگر واقعاً طی چند سال آینده پایگاهی روی ماه ساخته شود، مسئله برخاستن و فرود منظم مطرح خواهد شد و برای چنین پایگاهی، ساختمانها و سازههای تخصصی مورد نیاز خواهند بود که در حال حاضر توسط مهندسان در دست توسعه هستند.
مهندسانی که برای ساخت چنین سازههایی در سیارههای دیگر یا ماه تلاش میکنند، هنوز اطلاعات زیادی را درباره مواد محلی ندارند. با وجود این، به دلیل هزینههای انتقال مقادیر زیادی از مواد از زمین به ماه، آنها باید یاد بگیرند که حتی برای کاربردهای حیاتی مانند سکوی فرود برای پشتیبانی از فرود/صعود موشکهای بزرگ مورد استفاده در عملیات تأمین مجدد، از آن مواد استفاده کنند.
پژوهش جدید «شرلی دایک»(Shirley Dyke) پژوهشگر «دانشگاه پردو»(Purdue University) و گروهش، نحوه ساخت یک سکوی فرود روی ماه را با حداقل دانش پیشین درباره خواص مواد رگولیت مورد استفاده برای ساخت آن شرح میدهد.
اما چرا باید یک سکوی فرود ساخت؟ آیا موشک «استارشیپ»(Starship) یا یک موشک سنگین با ظرفیت مشابه نمیتواند به سادگی در هر جایی که الگوریتم پروازش تشخیص میدهد به اندازه کافی مسطح است، فرود بیاید؟ این ایده در تئوری امکانپذیر است اما دود حاصل از موشکهای بازگشت، مقدار زیادی سنگ و گرد و غبار را به هوا پرتاب میکند که نه تنها به سازههای مجاور مانند یک پایگاه قمری نوپا آسیب میرساند، بلکه ممکن است به خود موشک نیز آسیب برساند.
طراحان ماموریت برای جلوگیری از این سرنوشت عموماً بر سر نیاز به یک سکوی فرود ساختاریافتهتر مشابه آنچه تقریباً هر روز روی زمین استفاده میکنیم، توافق دارند. در اینجا این پرسش مطرح میشود. آیا میتوان چنین باندهایی را روی ماه با استفاده از مواد محلی آن بازسازی کرد؟
ساخت یک سکوی فرود روی ماه به همان روش ساخت روی زمین نیست، بلکه مستلزم استفاده از رگولیت محلی است زیرا هزینه حمل بتن کافی به سطح ماه برای ساخت یک سکوی فرود با استفاده از مواد زمین بسیار بالا خواهد بود.
به گفته دکتر دایک، هنوز چیزهای زیادی درباره خواص مکانیکی رگولیت ماه وجود دارد که ما نمیدانیم؛ به ویژه درباره استحکام بخشها هنگام جوش خوردن به یکدیگر که فرآیند مورد علاقه کنونی برای ایجاد یک ساختار منسجم و سفت از جنس رگولیت محلی است تا به عنوان سکوی فرود عمل کند.
هر کسی که با آزمایشهای رگولیت ماه آشنا باشد، احتمالاً میپرسد چرا از مواد شبیهسازیشده برای انجام دادن برخی آزمایشهای اولیه استفاده نمیشود. این ماده نزدیکترین چیزی است که میتوانیم به نمونه واقعی روی ماه پیدا کنیم و برای همه چیز از آزمایشهای غنیسازی گرفته تا پرورش گیاهان از آن استفاده شده است اما به گفته دکتر دایک، دلیلی وجود دارد که به مواد شبیهسازیشده، مواد شبیهسازیشده میگویند. اگرچه برخی از خواص مواد ممکن است یکسان باشند اما تنها راه برای دانستن نحوه واکنش واقعی یک ماده به ویژه در محیطی منحصربهفرد مانند ماه، آزمایش آن در محل است.
خطرات تخریب سکوی فرود ماه
عمل فرود/صعود تنها فشار عمدهای نیست که سکوی فرود متحمل میشود. سکوی فرود تحت تأثیر چرخه ۲۸ روزه روز/شب قمری قرار میگیر که در آنها دما به شدت تغییر میکند. انبساط و انقباضی که سکو در طول آن چرخه متحمل میشود، توسط اصطکاک با خاک سست رگولیت زیر آن با مقاومت روبهرو میشود.
پژوهشگران میدانند که اگر تغییرات دما به طور یکنواخت در سراسر سکو پخش نشود، انبساط لایه داغ میتواند به پیچ خوردن کل آن منجر شود و تنشی را ایجاد کند که شکستگی را به همراه دارد.
دایک و گروهش با در نظر گرفتن این رفتارها میگویند که برای یک کاوشگر به وزن ۵۰ تن، ضخامت سکو باید حدود یک سوم متر باشد. وقتی از دایک پرسیده شد که چرا آن را متراکمتر نمیکنند تا حاشیه خطای کافی ایجاد شود، خاطرنشان کرد که افزایش عمق، احتمال شکستگی سکو را تحت تنشهای حرارتی بیشتر میکند و در واقع باعث میشود که سکو سریعتر از نسخه کوچکتر از بین برود.
با وجود این، انتظار میرود برخی از آسیبها رخ دهند. پوستهپوسته شدن یکی از آن آسیبهاست. در این فرآیند، تراشههای سکو به دلیل انبساط/انقباض حرارتی ترک میخورند؛ در حالی که میتوان سکو را طوری طراحی کرد که یکپارچگی کلی ساختار خود را حفظ کند. با گذشت زمان و وقوع انفجارهای مکرر موشک، این امر میتواند یکپارچگی ساختاری سکو را تضعیف کند و باعث شود که نتواند موشکهایی با اندازه یکسان را تحمل کند.
شاید بزرگترین نگرانی، شکستگی خود سکو باشد. شکستگی سکو میتواند ناشی از تنشهای حرارتی، پوستهپوسته شدن، از بین رفتن یکپارچگی آن یا حتی فرود آمدن موشک با زاویه نامناسب باشد. تقریباً در هر مرحله از فرآیند طراحی، مواردی از عدم قطعیت بروز میکنند. به همین دلیل، دایک و همکارانش یک طرح ساده را برای اثبات عملکرد پد پیشنهاد دادهاند که «آزمایش درجا» نام دارد.
به احتمال زیاد، نخستین گام برای اکتشاف ماه، ساخت سکویی برای فرود/پرتاب مداوم موشک نخواهد بود. ماموریتهای اولیه میتوانند دادههای بیشتری را درباره مواد مورد استفاده برای این سکو جمعآوری کنند و به ویژه برای انجام دادن آزمایش درجا تحت گرانش ماه و شرایط جوی که ایجاد آنها روی زمین دشوار است، در موقعیت مناسبی قرار دارند.
چشمانداز ساخت سکوی فرود
وقتی نهایتا یک سکوی فرود در محل خود قرار بگیرد، تجهیزات آن و جمعآوری دادهها به بهبود طراحی در طول زمان کمک خواهد کرد. دایک بیشتر به نحوه تغییر شکل سکو زیر بار و در طول چرخههای حرارتی شدید روز/شب علاقهمند است. با این دانش، او میتواند پیشبینی کند که ترکها چگونه شکل میگیرند و احتمالاً از پیش یک راهبرد را برای کاهش خسارت ارائه دهد.
کاهش این شکافها و ساخت سکو به طور کلی احتمالاً در حوزه کاری رباتها خواه از راه دور و خواه کاملاً خودکار خواهد بود. تلاش برای ساخت چنین سکویی با استفاده از نیروی انسانی به ویژه وقتی یک لباس فضایی حجیم پوشیده باشند که آنها را در خلاء فضا زنده نگه میدارد، غیرممکن است. به گفته دکتر دایک، رباتها بخش کاملاً حیاتی معادله برای ساخت سکوی فرود و نگهداری آن پس از ساخت خواهند بود.
احتمالاً هنوز سالها تا ساخت اولین نمونه از این سکو فاصله داریم زیرا ناسا و سایر آژانسهای فضایی همچنان به طور فعال در تلاش برای بازگرداندن فضانوردان به ماه هستند. با ادامه این روند، امیدواریم مهندسان روی زمین بتوانند دادههای بیشتری را برای بهبود مدلهای خود درباره نحوه عملکرد یک سکوی فرود روی ماه به دست بیاورند.
حتی اگر این اتفاق نیفتد، فرآیند آزمایش، یادگیری و طراحی تکراری که در این پژوهش پیشنهاد شده است، در نهایت میتواند یک نقطه ورود سالم و ایمن به نزدیکترین همسایه میانسیارهای ما باشد.
این پژوهش در مجله «Acta Astronautica» به چاپ رسید.
