سمسون

با وجود پیروزی‌های متعدد در فرود فضاپیماها درطول تاریخ، کاوشگرانی که برای فرود روی سطح ماه ارسال شده‌اند، تا این مدت هم زیاد تر در لحظات پایانی دچار ناکامی خواهد شد. درهمین‌حال، مریخ‌نورد اسپیریت نیز که توسط ناسا فرستاده شده می بود، به‌علت گرفتارشدن درون شن‌های نرم مریخ، توان حرکت خود را از دست داد.

اکنون مطالعه‌ای تازه مشخص می کند که همه ناکامی‌های فضاپیماهای سطح‌نشین و سطح‌نورد، امکان پذیر علت مشترکی وجود داشته باشد: ما فیزیک سطوح دیگر اجرام منظومه شمسی و پیچیدگی‌های آنها را به‌درستی فهمیدن نکرده‌ایم.

هنگامی مأموریت‌هایی برای فرود روی ماه یا سیاره‌ای دیگر طراحی می‌بشود، آژانس‌های فضایی طبق معمولً به جستوجو محیط‌های شبیه روی زمین برای انجام آزمایش می باشند. به‌گفتن مثال، مریخ‌نوردهای ناسا در محوطه‌ای مخصوص به نام «مارس یارد» در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL) که سطوح مریخی را همانند‌سازی می‌کند، مورد آزمایش قرار گرفته‌اند.

برایان مارتین، مدیر نرم‌افزار پرواز و آزمایشگاه‌های JPL در رابطه یکی از آزمایش‌ها می‌گوید: «آیا سنگ‌ها با اندازه و اشکال گوناگون در میدان دید، به مانع ها تبدیل خواهد شد یا خیر؟»

مارتین می‌افزاید: «ما تعداد بسیاری از این موارد را آزمایش می‌کنیم تا بفهمیم که باید از چه چیزهایی اجتناب کنیم. آنچه در اینجا روی زمین با مطمعن پشت سر گذاشته‌ایم، به رانندگان مریخ‌نورد پشتیبانی کرده تا مسیرهای خود را روی مریخ برنامه‌ریزی کنند. ما آزمایش‌های بسیاری روی زمین انجام داده‌ایم و به آن مطمعن داریم. این روش کار می‌کند.»

پژوهشگران در مقاله می‌نویسند: «برای مثال، آزمایش مریخ‌نورد کیوراسیتی را در نظر بگیرید که جرم آن از ۹۰۷ کیلوگرم به ۳۴۰ کیلوگرم افت یافته می بود تا وزنش معادل آن چیزی بشود که در مریخ حس می‌بشود.»

«اما به علت کشش گرانشی بالاتر [سیاره‌ی ما] که روی هر ذره خاک در بیابان موهاوی کالیفرنیا اعمال می‌بشود، زمین مقاومت بیشتری نسبت به مریخ مشخص می کند و می‌تواند تنش برشی بالاتری را بدون ناکامی تحمل کند؛ اتفاقی که به‌نحوه موثر برسی بیش‌ازحد خوش‌بینانه‌ای از حرکت‌پذیری فراهم می‌کند. درنتیجه، افت جرم مریخ‌نورد به تنهایی کافی نیست، مگر این که خاک تحول کند تا نیروی گرانشی پایین‌تر روی سیاره، ماه یا سیارک مقصد را جبران کند.»

به طور خلاصه، آژانس‌های فضایی از جمله ناسا و سازمان فضایی چین زیاد تر روی تأثیر گرانش کمتر روی سطح‌نوردها تمرکز کرده‌اند و تأثیر گرانش پایین‌تر بر خاک، گرد و غبار و شن اجرام منظومه شمسی را نادیده گرفته‌اند.

تیم پژوهشی در میانه کار روی مأموریت وایپر ناسا که اکنون لغو شده است، از یک همانند‌ساز فیزیکی متن‌باز به نام Project Chrono که در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون گسترش یافته، منفعت گیری کرد. پژوهشگران دریافتند که بین همانند‌سازی وایپر روی خاک نرم ماه و آزمایش‌های ناسا روی زمین، اختلاف بسیاری وجود دارد.

دان نِگرات، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، در بیانیه‌ای او گفت: «در نگاه به قبل، ایده ساده است: ما باید نه تنها نیروی گرانش روی سطح‌نورد، بلکه تأثیر گرانش روی شن را نیز در نظر بگیریم تا عکس بهتری از کارکرد کاوشگر روی ماه داشته باشیم. یافته‌های ما بر قیمت منفعت گیری از همانند‌سازی مبتنی بر فیزیک برای تحلیل حرکت‌پذیری سطح‌نورد روی خاک دانه‌ای را پافشاری می‌کند.»

با بازدید زیاد تر، تیم دریافت که آزمایش‌های تک‌چرخ امکان پذیر نتایج یقین‌تری نسبت به آزمایش‌های کامل سطح‌نورد اراعه دهند و افت جرم در آزمایش‌های کامل کاوشگر نیز امکان پذیر غیرضروری باشد.

تیم در مقاله می‌نویسد: «نتایج ما مشخص می کند که نیازی به نگه داری هندسه سطح‌نورد و در عین حال افت جرم آن نبوده است. در واقع، ماشین استاندارد همان منحنی لغزش در برابر شیب را روی ماه و زمین تشکیل کرد.» پژوهشگران نظر می‌کنند که مأموریت‌های آینده باید «به‌شدت بر مدل‌های ترامکانیک مبتنی بر فیزیک» برای طراحی سطح‌نوردها تکیه کنند.

نگرات اضافه کرد: «تشکیل یک محصول نرم‌افزاری در این سطح در محیط دانشگاهی زیاد غیرمعمول است. انواع خاصی از کاربردهای مرتبط با ناسا و اکتشافات سیاره‌ای وجود دارد و همانند‌ساز ما می‌تواند مشکلاتی را حل کند که هیچ ابزار فرد دیگر، از جمله همانند‌سازهای شرکت‌های بزرگ فناوری، قادر به حلشان نیست و این نوشته شوق‌انگیز است.»

مطالعه در نشریه Journal of Field Robotics انتشار شده است.