Mars on the Cheap: นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อปฏิวัติการเข้าถึงดาวเคราะห์แดง
วิธีการใช้ยานราคาค่อนข้างต่ำสำหรับการสืบสวนรอบต่อไปได้รับการสนับสนุนโดย Bethany Ehlmann นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ California Institute of Technology ในพาซาดีนา
“ดาวอังคารก็เหมือนกับโลกที่มีความหลากหลาย สถานที่ต่างกันจับภาพสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน” Ehlmann กล่าวกับ Space.com มีการสำรวจมากมายที่ต้องทำ เธอกล่าวเสริม โดยอ้างถึงความเป็นไปได้ของการเยี่ยมชมสถานที่น่าทึ่งและแปลกใหม่ที่ยานอวกาศได้ถ่ายภาพจากวงโคจร เช่น ระบบหุบเขา Valles Marineris และฝาครอบขั้วดาวอังคาร
“ระบบที่ซับซ้อนเท่ากับดาวอังคารต้องการความกว้างและความลึก” Ehlmann กล่าว “และนั่นหมายถึงการหาวิธีใหม่ในการสำรวจสถานที่ต่างๆ โดยการลดราคาต่อภารกิจยานอวกาศผ่านเทคโนโลยีหรือสิ่งใหม่ๆ กระบวนทัศน์แบบเป็นโปรแกรมและความร่วมมือ ลองนึกภาพนักสำรวจดาวอังคารเคลื่อนที่ครึ่งโหลที่ดำเนินการโดยมหาวิทยาลัยทั่วประเทศ… นั่นจะทำให้นักศึกษามีความกระตือรือร้นในการประกอบอาชีพด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์!”
หลังจากผ่านไปหลายทศวรรษ การสำรวจดาวอังคาร คำถามสำคัญมากมายที่ยังคงสามารถตอบได้เฉพาะกับรองเท้าบู๊ตบนพื้นเป็น “รองเท้าบูท” ที่เป็นหุ่นยนต์หรือมนุษย์ Ehlmann กล่าว
แนวทางของ ‘NewSpace’
“นาซ่าเป็นหน่วยงานที่ไม่ชอบความเสี่ยงมาโดยตลอด นี่เป็นสิ่งที่เข้าใจได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากเงินภาษีถูกใช้ไปกับผู้เสียภาษี” โรเบิร์ต ลิลลิส รองผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และชีววิทยาโหราศาสตร์ภายในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์อวกาศแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์
ลิลลิสชี้ไปที่องค์การนาซ่า โปรแกรมภารกิจนวัตกรรมขนาดเล็กสำหรับการสำรวจดาวเคราะห์ (SIMPLEx) เป็น “ความพยายามอย่างกล้าหาญ” เพื่ออำนวยความสะดวกด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ชั้นหนึ่งด้วยค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อยของภารกิจ Discovery ทั่วไป (โปรแกรม Discovery ของ NASA สนับสนุนความพยายามในการสำรวจที่มีความทะเยอทะยานแต่ค่อนข้างมีค่าใช้จ่ายต่ำ ค่าใช้จ่ายสูงสุดในปัจจุบันสำหรับภารกิจ Discovery อยู่ที่ประมาณ 500 ล้านดอลลาร์)
SIMPLEx ยังทำหน้าที่เป็นผู้บุกเบิกในการตรวจสอบการแลกเปลี่ยนระหว่าง ต้นทุนและความเสี่ยง Lillis กล่าว
ตัวอย่างเช่น ภารกิจ Escape and Plasma Acceleration และ Dynamics Explorers (EscaPADE) เป็นภารกิจ SIMPLEx ซึ่งให้คำมั่นสัญญาว่าจะได้รับผลตอบแทนที่ดีมากในแง่ของวิทยาศาสตร์ ต่อดอลลาร์ Lillis ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบหลักของ EscaPADE กล่าว ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของภารกิจบนดาวอังคารซึ่งคาดว่าจะโคจรรอบดาวเคราะห์แดงในปี พ.ศ. 2569 อยู่ที่ต่ำกว่า 80 ล้านเหรียญ
โพรบคู่ EscaPADE จะให้มุมมอง “สเตอริโอ” ที่ไม่เหมือนใครกับระบบชั้นบรรยากาศชั้นบนที่ซับซ้อนสูงของดาวอังคาร ลิลลิสกล่าว “ยานอวกาศสองลำของเรา—สีน้ำเงินและสีทอง—จะให้ดวงตาสองคู่แก่เรา ทำให้เราเข้าใจการตอบสนองแบบเรียลไทม์ของรูปแบบการสูญเสียชั้นบรรยากาศของดาวอังคารต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและลมสุริยะเป็นครั้งแรก บุฟเฟ่ต์ดาวอังคาร” เขากล่าว
การใช้แนวทาง“ NewSpace” ในการพัฒนายานอวกาศจะช่วยให้กลุ่มดาวบริวารขนาดเล็กสามารถสำรวจและตรวจสอบ บรรยากาศบนดาวอังคาร ที่มีความเที่ยงตรงและความครอบคลุมอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน Lillis กล่าว “เราจะสามารถเห็นส่วนต่างๆ ของโลกได้ตลอดเวลา ตั้งแต่พื้นผิวจนถึงชั้นบรรยากาศชั้นบน”
ลิลลิสเสริมว่า “การรับรู้สถานการณ์” แบบนี้จะมีความสำคัญ เพื่อปกป้อง นักสำรวจมนุษย์ในอนาคต ในสองวิธีหลัก ประการแรก การแสดงลักษณะเฉพาะที่ดีขึ้นของความดันอากาศและลมใกล้พื้นผิวช่วยให้เข้าออก ลง และลงจอดได้อย่างปลอดภัย ประการที่สอง การตรวจสอบสภาพอากาศจะช่วยให้สามารถพยากรณ์อากาศได้อย่างแม่นยำผ่านการดูดซึมข้อมูล
“เมื่อเราพูดถึงการพยากรณ์อากาศบนดาวอังคารว่ามีความสำคัญต่อความปลอดภัยของนักสำรวจ เรากำลังพูดถึง พายุฝุ่น ระดับภูมิภาคหรือระดับโลก” ลิลลิสกล่าว “พายุฝุ่นลดการสร้างและการมองเห็นของพลังงานแสงอาทิตย์”
เทคโนโลยีใหม่ การลงจอดบนดาวอังคารในราคาถูกและปลอดภัยคือแนวคิด Small High Impact Energy Landing Device (SHIELD) ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการศึกษาที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory (JPL) ของ NASA ในแคลิฟอร์เนียตอนใต้
“SHIELD นั้นเป็นทั้ง แลนเดอร์และโช้คอัพในหนึ่งเดียว” Louis Giersch ผู้ตรวจสอบหลักของ SHIELD กล่าว
“ จะไม่สามารถวางยานอวกาศเช่น ยานสำรวจความเพียร ได้ พื้นผิว แต่สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาพื้นผิวดาวอังคารได้มากขึ้นในขณะที่ขี่ไปพร้อมกับภารกิจของ NASA ที่ใหญ่กว่า” Giersch กล่าวเสริม “เรายังคงประเมินว่าเครื่องมือวิทยาศาสตร์ประเภทใดที่เหมาะสม แต่เซ็นเซอร์สภาพอากาศ กล้อง และแมสสเปกโตรมิเตอร์ทั้งหมดอยู่บนกระดานวาดภาพ”
เป้าหมายของ SHIELD คือการลดต้นทุนการลงจอดบนดาวอังคารตามคำสั่ง ของขนาดทำให้ชุดภารกิจที่เป็นไปได้ในวงกว้างสามารถทำได้ ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีอาจทำให้ NASA วางหุ่นยนต์หลายสิบตัวในช่วงเวลาสั้น ๆ และทำให้ดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลกระจายไปทั่ว
Giersch กล่าวว่า SHIELD จะวางข้อ จำกัด เพิ่มเติมเกี่ยวกับ payloads ทางวิทยาศาสตร์เมื่อเทียบกับการลงจอดบนดาวอังคารแบบธรรมดา เขากล่าวถึงน้ำหนักบรรทุกทางวิทยาศาสตร์จะต้องมีขนาดกะทัดรัดและทนทานมากขึ้น แต่ด้วยผลประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการเข้าถึงพื้นผิวดาวอังคารบ่อยขึ้นอันเป็นผลมาจากต้นทุนภารกิจที่ลดลง
การปรับเปลี่ยนกระบวนทัศน์
“โอกาสสำหรับการเข้าถึงดาวอังคารด้วยต้นทุนต่ำอยู่ที่นี่แล้ว” Nathan Barba วิศวกรระบบของ SHIELD จาก JPL กล่าวเสริม ประตูนั้นถูกเปิดออกเมื่อ Mars Cube One (MarCO) A และ B cubesats ชื่อเล่น EVE และ WALL-E เสร็จสิ้นการบินผ่านดาวอังคารที่ประสบความสำเร็จในเดือนพฤศจิกายน 2018 ทั้งคู่ซึ่งมีราคาเพียง 18.5 ล้านดอลลาร์สำหรับ JPL ในการสร้างและดำเนินการได้เข้าร่วมกับ Lander InSight Mars ของ NASA
“ SHIELD สามารถส่งเป็น ลงจอดเดี่ยวหรือหลายลำในการเปิดตัวครั้งเดียว ยานลงจอดราคาถูกอย่าง SHIELD สามารถเปิดใช้งานการวัดในครั้งแรกหรือการสำรวจผู้บุกเบิก เช่น ข้อมูลความจริงภาคพื้นดินที่มีความสำคัญสำหรับภารกิจที่ใหญ่กว่าและมีราคาแพงกว่า” Barba กล่าว
การเข้าถึงพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นคือ น่าตื่นเต้น Barba กล่าวต่อ “เพราะมันหมายถึงโอกาสที่มากขึ้นสำหรับวิทยาศาสตร์ที่ดาวอังคาร หากภารกิจอวกาศอวกาศที่มีต้นทุนต่ำกว่ากลุ่มใหม่บรรลุผล มันจะส่งเสริมชุดการสืบสวนที่หลากหลายยิ่งขึ้นและให้โอกาสสำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรรุ่นใหม่จำนวนมาก”
ภารกิจยานอวกาศที่มีต้นทุนต่ำกว่าและเล็กกว่าสามารถให้วิทยาศาสตร์ระดับทศนิยมควบคู่ไปกับ แคมเปญการส่งคืนตัวอย่างดาวอังคาร , Barba กล่าวว่า. กระบวนทัศน์ด้านความสามารถและต้นทุนที่เปลี่ยนไปนั้นมาจากหลายปัจจัย ตั้งแต่การลดต้นทุนการปล่อยยานตามลำดับของขนาด เปิดใช้งานโดยการใช้รถร่วมกันและยานยิงจรวดขนาดเล็กที่เกิดขึ้นใหม่ ไปจนถึงการประดิษฐ์เครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่มีความแม่นยำสูงและ/หรือพื้นฐาน เขากล่าวว่าการวัดใหม่
แนวคิดการสืบสวนดาวอังคารอีกในอนาคตได้รับการสนับสนุนแล้ว โดยเที่ยวบินหลายเที่ยวของเฮลิคอปเตอร์ Ingenuity ของ NASA แชนนาห์ วิทโรว์-มาเซอร์ กล่าวว่า Ingenuity ซึ่งเป็นผู้สาธิตเทคโนโลยีได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า “สิ่งของไรท์”—แต่อะไรจะเกิดขึ้นต่อไป?
“เที่ยวบินแห่งความเฉลียวฉลาดนั้นเหนือจินตนาการ Mars Science Helicopter Vehicle Systems เป็นผู้นำที่ศูนย์วิจัย Ames ของ NASA ใน Silicon Valley “แต่ละเที่ยวบินกำลังสอนเรามากขึ้นและเปิดประตูสู่แนวคิดภารกิจในอนาคต” เธอบอกกับ Space.com.
แนวคิดหนึ่งที่ไหลเวียนอยู่คือเฮลิคอปเตอร์ Mars ขั้นสูง ซึ่งเป็นอุปกรณ์เฮกซาคอปเตอร์ที่สามารถลากได้ขนาดใหญ่ขึ้น น้ำหนักบรรทุกและเดินทางในระยะทางที่ไกลกว่าความฉลาดที่บินได้ในปัจจุบัน Withrow-Maser กล่าวว่าสิ่งนี้ Mars Science Helicopter กำลังได้รับความอนุเคราะห์จากช่วงเวลาที่สอนได้ซึ่งมาจากข้อมูล Ingenuity ซึ่งดาวน์โหลดและประเมินผลหลังจากแต่ละเที่ยวบิน
“คุณต้องกลั้นหายใจทุกครั้งที่ Ingenuity บิน” Withrow-Maser กล่าว “เรากำลังบินครั้งละหนึ่งเที่ยวบิน มันเกินขอบเขตของสิ่งที่ได้รับการออกแบบและทดสอบบนโลกนี้มาก”
การสำรวจทางอากาศ
การกำหนดโรเตอร์คราฟต์ในอนาคตสำหรับดาวอังคารเป็นเพียงสัตว์ร้ายของมันเอง Withrow-Maser กล่าว . “เราสามารถทำสิ่งที่เจ๋งจริงๆ ด้วยโรเตอร์คราฟต์” เธอกล่าว “บินจากที่ใดก็ได้และโฮเวอร์ด้วย เหนือวัตถุที่น่าสนใจ”
ขณะนี้กำลังได้รับการประเมินคือการติดตั้งเฮกซาคอปเตอร์กลางอากาศในอนาคต ซึ่งจะถูกปล่อยบางส่วนผ่านกระบวนการเข้า ลง และลงจอด อาจมีการสำรวจลักษณะต่างๆ ของดาวอังคารที่ยากหรือเป็นไปไม่ได้สำหรับการสำรวจของยานสำรวจ เช่น ขั้วขั้วโลก หน้าผาแนวตั้ง และภูเขาไฟโคลน
ยานดังกล่าวสามารถโหนผ่านดาวอังคารที่น่าสนใจ เส้นริ้วดำที่เรียกว่า เส้นแนวลาดที่เกิดซ้ำ
ซึ่งอาจเป็นสัญญาณของกิจกรรมของน้ำที่เป็นของเหลว เฮกซาคอปเตอร์อาจช่วยทำแผนที่โปรไฟล์แนวตั้งของบรรยากาศหรือแม้กระทั่งดำดิ่งลงไปในช่องลาวา
“ ชุมชนเพิ่งเริ่มเข้าใจว่าจะทำอะไรได้บ้างโดยใช้การสำรวจทางอากาศ Withrow-Maser กล่าว “โรเตอร์คราฟท์ช่วยให้เราเคลื่อนที่ได้ไกลและเร็วขึ้นมาก แพลตฟอร์มยานพาหนะใหม่สามารถเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับวิทยาศาสตร์ทุกประเภท ฉันคิดว่าเราอยู่ในสถานะที่ดีที่จะสามารถใช้ประโยชน์จากโอกาสใดๆ ที่จะเข้ามาหาเรา”
ลิขสิทธิ์ 2021
