کشف نقص آزمایش‌های زمینی ماه‌نوردها؛ چرا مریخ‌نوردها روی شن و ماسه گیر می‌کنند؟

وقتی یک وسیله نقلیه فرازمینی چند میلیون دلاری در شن یا ماسه نرم گیر می‌کند – همان طور که مریخ‌نورد «اسپیریت»(Spirit) در سال ۲۰۰۹ گیر کرد – مهندسان از روی زمین مانند یک یدک‌کش مجازی کنترل را به دست می‌گیرند و مجموعه‌ای از دستورات را صادر می‌کنند که چرخ‌های وسیله نقلیه را حرکت می‌دهد یا مسیر آن را در یک تلاش ظریف و وقت‌گیر معکوس می‌کند تا وسیله نقلیه آزاد شود و به ماموریت اکتشافی خود ادامه دهد.

به نقل از تک اکسپلور، اگرچه مریخ‌نورد اسپیریت برای همیشه در سیاره سرخ گیر افتاد اما در آینده آزمایش‌های بهتر روی زمین می‌توانند به جلوگیری از این بحران‌های آسمانی کمک کنند. مهندسان مکانیک «دانشگاه ویسکانسین مدیسن»(UW–Madison) با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، نقصی را در نحوه آزمایش ماه‌نوردها و مریخ‌نوردها روی زمین کشف کرده‌اند. این خطا به نتیجه‌گیری‌های بیش از حد خوش‌بینانه درباره نحوه رفتار ماه‌نوردها و مریخ‌نوردها پس از استقرار در ماموریت‌های فرازمینی منجر می‌شود.

یک عنصر مهم در آماده‌سازی برای این ماموریت‌ها، درک دقیق چگونگی پیمایش سطوح فرازمینی توسط یک وسیله نقلیه در گرانش کم است تا از گیر افتادن آن در زمین‌های نرم یا مناطق سنگی جلوگیری شود. نیروی جاذبه در ماه ۶ برابر ضعیف‌تر از زمین است. پژوهشگرانی که ماه‌نوردها را آزمایش کرده‌اند، با ایجاد نمونه اولیه‌ای که یک ششم جرم واقعی ماه‌نورد است، این تفاوت در جاذبه را در نظر گرفته‌اند. آنها ماه‌نوردهای سبک را در بیابان‌ها آزمایش می‌کنند و نحوه حرکت آنها را روی شن و ماسه می‌بینند تا به اطلاعاتی درباره عملکرد آنها روی ماه دست یابند.

با وجود این، مشخص شد که این روش آزمایشی استاندارد، یک مورد جزئیات به ظاهر بی‌اهمیت را نادیده گرفته و آن کشش گرانش زمین روی شن‌های بیابان است.

همچنین بخوانید: افشاگری دانشمندان ناسا: چهره مریخ و هرم‌های سیدونا واقعیت دارند!

تأثیر گرانش زمین بر شن و ماسه

«دن نگرو»(Dan Negrut) استاد مهندسی مکانیک دانشگاه ویسکانسین مدیسن و همکارانش از طریق شبیه‌سازی رایانه‌ای مشخص کردند که گرانش زمین، شن و ماسه را بسیار قوی‌تر از گرانش مریخ یا ماه به سمت پایین می‌کشد. شن و ماسه روی زمین، سفت‌تر و حمایت‌کننده‌تر است که احتمال جابه‌جایی آن را زیر چرخ‌های وسیله نقلیه کاهش می‌دهد اما پوشش سطح ماه راحت‌تر جابه‌جا می‌شود و این بدان معناست که ماه‌نوردها کشش کمتری دارند و این می‌تواند مانع تحرک آنها شود.

نگرو گفت: با نگاهی به گذشته می‌بینیم که این ایده ساده به نظر می‌رسد. ما باید نه تنها کشش گرانشی روی ماه‌نورد، بلکه تأثیر گرانش را بر شن و ماسه نیز در نظر بگیریم تا تصویر بهتری را از نحوه عملکرد ماه‌نورد روی ماه داشته باشیم. یافته‌های ما بر ارزش استفاده از شبیه‌سازی مبتنی بر فیزیک برای تحلیل حرکت ماه‌نورد روی خاک تأکید می‌کنند.

این کشف حاصل کار پژوهشگران روی یک پروژه با بودجه ناسا برای شبیه‌سازی ماه‌نورد «وایپر»(VIPER) بود که برای یک ماموریت قمری برنامه‌ریزی شده بود. این گروه پژوهشی از پروژه «کرونو»(Chrono) استفاده کردند که یک نرم‌افزار شبیه‌سازی متن‌باز توسعه‌یافته در دانشگاه ویسکانسین مدیسن با همکاری دانشمندان ایتالیایی است. این نرم‌افزار به پژوهشگران امکان می‌دهد تا سیستم‌های مکانیکی پیچیده مانند ماه‌نوردهای بزرگ را که روی سطوح شنی یا خاکی نرم کار می‌کنند، به سرعت و با دقت مدل‌سازی کنند.

آنها هنگام شبیه‌سازی ماه‌نورد وایپر، متوجه اختلافاتی بین نتایج آزمایش‌های زمینی و شبیه‌سازی‌های خود از حرکت ماه‌نورد روی ماه شدند. کاوش عمیق‌تر با شبیه‌سازی‌های کرونو، نقص آزمایش را آشکار کرد.

مزایای این پژوهش فراتر از ناسا و سفرهای فضایی است. برای کاربردهای روی زمین، صدها سازمان از کرونو برای درک بهتر سیستم‌های مکانیکی پیچیده استفاده کرده‌اند؛ از ساعت‌های مکانیکی دقیق گرفته تا کامیون‌ها و تانک‌های ارتش آمریکا که در بیرون از جاده کار می‌کنند.

نگرو گفت: این مایه‌ خرسندی است که پژوهش ما با کمک به حل بسیاری از چالش‌های مهندسی در دنیای واقعی مرتبط است. من به آنچه انجام داده‌ایم، افتخار می‌کنم. به عنوان یک آزمایشگاه دانشگاهی، ارائه نرم‌افزارهای صنعتی که توسط ناسا استفاده می‌شوند، بسیار دشوار است.

کرونو رایگان است و برای استفاده‌ عمومی و بدون محدودیت در سراسر جهان در دسترس قرار دارد اما گروه دانشگاه ویسکانسین مدیسن، تلاش‌های مداوم و قابل توجهی را برای توسعه و نگهداری نرم‌افزار و ارائه پشتیبانی به کاربران انجام می‌دهند.

نگرو ادامه داد: تولید یک محصول نرم‌افزاری در چنین سطحی در دانشگاه بسیار غیر معمول است. انواع خاصی از برنامه‌های کاربردی مرتبط با ناسا و اکتشافات سیاره‌ای وجود دارند و شبیه‌ساز ما در آنها می‌تواند مشکلاتی را حل کند که هیچ شبیه‌ساز دیگری از جمله شبیه‌سازهای شرکت‌های بزرگ فناوری قادر به حل آنها نیست و این هیجان‌انگیز است.

از آنجا که کرونو متن‌باز است، نگرو و گروهش بر نوآوری و ارتقای مداوم نرم‌افزار برای حفظ جایگاه خود تمرکز دارند.

این پژوهش در «Journal of Field Robotics» به چاپ رسید.

منبع: ایسنا