تلاش ناسا براي ارسال اولين محموله‌هاي سرنشين‌دار به مريخ
ناسا قصد دارد توسط برنامه «ماه تا مريخ» خود تا پايان دهه آينده، اولين ماموريت‌هاي سرنشين‌دار را به مريخ ارسال كند. ناسا براي تحقق اين چشم‌انداز جسورانه در حال بررسي فناوري‌هاي پيشرفته از طريق برنامه‌هاي متعدد است.
ناسا قصد دارد توسط برنامه «ماه تا مريخ» خود تا پايان دهه آينده، اولين ماموريت‌هاي سرنشين‌دار را به مريخ ارسال كند. ناسا براي تحقق اين چشم‌انداز جسورانه در حال بررسي فناوري‌هاي پيشرفته از طريق برنامه‌هاي متعدد است. اين فناوري‌ها شامل سامانه‌هاي پيشرفته پيشرانش است كه زمان سفر به مريخ را كاهش مي‌دهد و قرار گرفتن فضانوردان در معرض ريزگرانش‌ها و تشعشعات كيهاني را كمتر مي‌كند. ساير فناوري‌هاي مورد بررسي شامل روش‌هايي براي حذف زباله‌ها، بازتوليد آب، سلامت و ايمني خدمه و خودكفايي منابع است. به نقل از يوتي، ناسا همچنين در تلاش است تا فناوري‌هاي كليدي را توسعه دهد. اين فناوري‌ها ماموريت‌هاي اكتشافي كم‌هزينه را به مريخ و سراسر منظومه شمسي امكان‌پذير مي‌كنند. مهم‌ترين فناوري در نظر گرفته شده، سامانه‌هاي پيشرانش الكتريكي كمتر از كيلووات براي فضاپيماهاي كوچك تا ۵۰۰ كيلوگرم است. در مقاله‌اي كه در پنجاه و ششمين كنفرانس علوم قمري و سياره‌اي ارايه شد، تيمي از محققان ناسا ابتكار جديدي را پيشنهاد دادند. اين ابتكار «پيشرانش اثر هال تجاري براي خدمات باربري به سياره مريخ» (CHAMPS) بود. اين مطالعه توسط محققان ناسا انجام شده است. محققان اين تيم شامل مهندس‌هاي ناسا در حوزه‌هاي مشترك هستند كه سامانه‌هاي يكپارچه حامل را بررسي مي‌كنند.
شكاف فناوري
همانطور كه پژوهشگران اشاره مي‌كنند، مطالعه آنها بر پايه مطالعات پيشين است. اين مطالعات اهميت «پيشرانه‌هاي اثر هال» (HET )با توان كم و بازده بالا و بهينه‌سازي محافظ مغناطيسي را اثبات كرد. اين سامانه‌هاي پيشرانش به انرژي خورشيدي يا منبع انرژي ديگري متكي هستند. همچنين اين سامانه‌ها براي توليد نيروي رانش توسط ميدان‌هاي مغناطيسي استفاده مي‌شوند. «پيشرانه‌هاي اثر هال» نوعي از پيشرانه يوني هستند كه در آن توسط يك ميدان الكتريكي، سوخت موشك شتاب داده مي‌شود. طبق «برنامه فضايي آرتميس»، اين سامانه‌ها دو ماژول اوليه «دروازه قمري» (Lunar Gateway )يعني ماژول «نيرو و پيشرانش» (PPE )و «پايگاه سكونت و لجستيك» (HALO ) را به مدار مورد نظر خود در اطراف ماه هدايت مي‌كنند. اين ماموريت براي سال ۲۰۲۷ برنامه‌ريزي شده است و هر دو عنصر توسط «پرتابگر فضايي فالكون هوي» (Falcon Heavy )از زمين به مدار ماه پرتاب خواهد شد. پس از رسيدن به آنجا، ماژول‌هاي «PPE» و «HALO» براي ايجاد يك«مدار هاله نزديك راست خط» (NRHO)به سامانه‌هاي پرقدرت «پيشرانش الكتريكي خورشيدي» (SEP ) خود متكي خواهند بود. متأسفانه اين حوزه داراي شكاف فناوري است، به اين معني كه فناوري هنوز به توانايي لازم براي انجام آن نرسيده است. بنابراين ناسا پروژه «پيشرانش الكتريكي فضاپيماي كوچك» (SSEP)را در سال ۲۰۱۷ راه‌اندازي كرد. هدف اين پروژه توسعه نسخه‌هاي كوچكي از پيشرفته‌ترين سامانه‌هاي «SEP» است. سامانه « «H۷۱M» » نمونه فعلي يك نسخه كوچك «SEP» با عملكرد بالاست. ناسا همكاري و صدور مجوز براي « «H۷۱M» » را با شركاي تجاري آغاز كرد. اين امر باعث شد محققان ايده ماموريت «CHAMPS» را براي ماموريت به مريخ توسعه دهند. اين مطالعه در پي ساخت فضاپيمايي با استفاده از نسخه تجاري ««H۷۱M» » است. اين ماموريت‌ها به فرصت‌هاي پرتاب مكرر و كم‌هزينه‌تر متكي خواهند بود.
مفهوم ماموريت
يكي از بزرگ‌ترين چالش‌ها براي انجام ماموريت‌هاي علمي با هزينه كمتر و فضاپيماهاي كوچك‌تر، شناسايي و پايبندي به يك زمان خاص براي پرتاب حامل به سياره مريخ است. معمولا پرتاب حامل به عنوان محموله اصلي، پرهزينه است و پرتاب حامل به عنوان محموله ثانويه مي‌تواند عواقبي به همراه داشته باشد، زيرا محموله اصلي نيازمند تعيين تاريخ و مسير پرتاب است. علاوه بر اين، تاريخ پرتاب را نمي‌توان هميشه تغيير داد. معماري «CHAMPS» با پرتاب حامل به عنوان محموله ثانويه در ماموريت «خدمات تجاري باربري به ماه» (CLPS )، اين مشكل را برطرف مي‌كند. دانشمندان انتظار دارند اين ماموريت‌ها در سال‌هاي آينده به‌طور منظم محموله‌ها را به ماه حمل كنند. مسير پرتاب به خوبي تعيين شده است و زمان‌هاي پرتاب جايگزين زيادي وجود دارند. اين ماموريت مي‌تواند با مشاهده ماه بررسي‌هاي ابزاري را انجام مي‌دهد. همچنين اين ماموريت، مانور كمك گرفتن گرانشي براي افزايش شتاب را انجام مي‌دهد. اين مانور يا تمرين علمي به ماموريت اجازه مي‌دهد تا به‌طور موقت خود را تا زماني كه يك هم‌ترازي مطلوب بين زمين و مريخ رخ دهد، در يك «NHRO» در اطراف ماه قرار دهد. اولين مانور با نيروي رانش كم حدود سه ماه طول خواهد كشيد. پس از رسيدن به مريخ، اين فضاپيما در مداري در ارتفاع ۱۵ كيلومتري در بالاي سطح مريخ قرار خواهد گرفت. در اين مانور مي‌توان با مطالعه «قمر ديموس» (Deimos ) به اهداف علمي زيادي دست پيدا كرد. پس از دو سال، اين فضاپيما به مداري با فاصله ۱۷ كيلومتر بالاتر از سطح مريخ خواهد رسيد.
ابزارها و اهداف
ماموريت «CHAMPS» مطالعات علمي متعددي را با استفاده از ابزارهاي مختلف انجام خواهد داد. اين ابزارها شامل يك تصويرگر مرئي/فرابنفش، «مدارگرد شناسايي مريخ» (MRO )، «راديومتر فروسرخ حرارتي» (TIR) و «طيف‌سنج فروسرخ نزديك» (NIR ) است. با استفاده از اين ابزارها، در ماموريت «CHAMPS» مي‌توان ساختار سه‌بعدي جو را اندازه‌گيري كرد. همچنين مي‌توان رفتار و تغييرات ابرهاي گرد و غبار و يخ‌آب مريخ را رصد كرد. اين مشاهدات مي‌تواند در مورد الگوهاي آب و هوايي اين سياره و توفان‌هاي گرد و غبار فصلي، اطلاعات بيشتري به دانشمندان بدهد. همچنين اين ابزارها مي‌تواند شرايط پلاسما و ساختار ميدان مغناطيسي اطراف مريخ و نحوه تعامل آن با تابش «شديد پرتو فرابنفش» (EUV ) خورشيد را اندازه‌گيري كند. اين مطالعات به دانشمندان اين امكان را مي‌دهد تا سوالات كليدي علمي در مورد آب و هواي مريخ، نحوه اتصال سطوح مختلف جوي در اين سياره و نحوه تأثير آب و هواي فضا بر جو اين سياره را بررسي كنند. اين تيم همچنين اشاره مي‌كند كه پيشنهاد آنها با طرح ابتكاري «برنامه اكتشاف مريخ» (MEP )از ناسا همسو است.