Kujutage ette seda stsenaariumi. Aasta on 2030 või selle läheduses. Pärast kuue kuu pikkust retke Maast olete teie ja mitmed teised astronaudid esimesed inimesed Marsil. Te seisate võõras maailmas, jalge all on tolmune punane mustus, vaadates ringi hunniku kaevandusseadmete kohta, mille on ladustanud eelmised robotmaandurid.
Kajamine teie kõrvades on missiooni juhtimise viimased sõnad: „Kui te peaksite seda aktsepteerima, on teie ülesandeks naasta Maale - võimaluse korral kasutades Marsi liivast kaevandatud kütust ja hapnikku. Edu!"
See kõlab piisavalt lihtsalt, kaevandades toormaterjale kiviselt liivaselt planeedilt. Me teeme seda siin maa peal, miks mitte ka Marsil? Kuid see pole nii lihtne, kui tundub. Midagi granuleeritud füüsika kohta pole kunagi varem.
Graanulifüüsika on teadus teravilja kohta, alates maisiterast ja lõpetades liivaterade ja kohvipaksuga. Need on tavalised igapäevased ained, kuid neid võib olla ärevalt keeruline ennustada. Ühel hetkel käituvad nad nagu tahked, teisel nagu vedelikud. Mõelge kruusa täis kallurile. Kui veoauto hakkab kallutama, jääb kruus kindlasse hunnikusse, kuni teatud nurga all muutub see äkki kivisemaks jõeks.
Granuleeritud füüsika mõistmine on oluline tööstuslike masinate projekteerimisel, mis käsitleksid suurtes kogustes väikeste kuivainete - nagu peent Marsi liiva.
Probleem on selles, et isegi siin Maa peal ei tööta tööstusettevõtted eriti hästi, kuna me ei mõista graanulite materjalide võrrandeid, samuti vedelike ja gaaside võrrandeid, "ütleb James T. Jenkins, teoreetilise ja rakendusmehaanika New Yorgi Ithaca Cornelli ülikoolis "Sellepärast töötavad söeküttel töötavad elektrijaamad madala efektiivsusega ja nende veaprotsent on kõrgem kui vedelkütuse või gaasiga töötavatel elektrijaamadel."
Niisiis, "kas me mõistame granulaarset töötlemist piisavalt hästi, et seda Marsil teha?" ta küsib.
Alustame kaevamistega: "Kui te kaevate Marsile kraavi, siis kui järsud võivad küljed olla ja püsivad stabiilsed ilma koopata?" imestab Stein Sture, tsiviil-, keskkonna- ja arhitektuuritehnika professor ning Boulderi Colorado ülikooli dotsent. Pole veel kindlat vastust, veel mitte. Tolmuste muldade ja kivimite kihistumine Marsil pole piisavalt teada.
Sture osutab, et maapinnast läbilõikavate radarite või muude heliseadmete abil on võimalik saada teavet Marsi muldade kõige kõrgema meetri mehaanilise koostise kohta, kuid see on palju sügavam ja peate tõenäoliselt võtma põhiproove. NASA Phoenix Marsi maantee (maandumine 2008) suudab kaevata umbes poole meetri sügavused kaevikud; 2009. aasta Marsi teaduslabor saab välja lõigata kivisüdamikud. Mõlemad missioonid annavad väärtuslikku uut teavet.
Veelgi sügavamale minnes arendab Sture (seoses Colorado ülikooli kosmoseehituse keskusega) uuenduslikke kaevajaid, mille äritegevuse otsad vibreerivad mulda. Segamine aitab purustada sidusaid sidemeid, mis hoiavad tihendatud pinnaseid koos, ja aitab leevendada pinnase varisemisohtu. Sellised masinad võivad ühel päeval minna ka Marsile.
Teine probleem on punkrid - lehtrid, mida kaevandajad suunavad liiva ja kruusa töötlemiseks konveierilintidele. Kõige tõhusamate ja hooldusvabade punkrite kavandamisel on ülitähtis Marsi muldade tundmine. "Me ei saa aru, miks punkrid moosivad," ütleb Jenkins. Ummistused on tegelikult nii sagedased, et "Maal on igal punkril lähedal vasar". Punkeril peksmine vabastab moosi. Marsil, kus oleks vaid paar inimest, kes varustust harrastaks, tahaksite, et punkrid töötaksid sellest paremini. Jenkins ja tema kolleegid uurivad, miks graanulid moosi voolavad.
Ja siis on transport: Marssi sõitjatel Spirit ja Opportunityl on alates 2004. aastast olnud oma maandumiskohtade läheduses miilide sõitmisega vähe probleeme. Kuid need roverid on ainult keskmise kontorilaua suurused ja ainult umbes sama massiivsed kui täiskasvanud. Need on vankrid võrreldes massiivsete sõidukitega, mida on vaja tonnide Marsi liiva ja kivi vedamiseks. Suurematel sõidukitel läheb korda saamine raskemaks.
Sture selgitab: Juba 1960. aastatel, kui teadlased uurisid esmakordselt päikeseenergiaga jõuvõimalusi Kuu ja teiste planeetide lahtise liiva läbirääkimiseks, arvutasid nad, et „maksimaalne elujõuline pidev pidev rõhk madalrõhkkonna kontaktrõhule on vaid 0,2 naela per ruuttoll (psi) ”, eriti kui sõidad üles või alla nõlvadel. Seda madalat arvu on kinnitanud Vaimu ja Võimaluse käitumine.
Ainult 0,2 psi rõhu all olev veerekontakti rõhk tähendab, et sõiduk peab olema kerge või sellel peab olema võimalus tõhusalt koormat paljudele ratastele või rööbastele jaotada. Kontaktrõhu vähendamine on ülioluline, nii et rattad ei kaevu pehmesse pinnasesse ega murdu läbi kõvadest tsementeeritud muldadest (nagu õhuke koorik Maa tuulega puhutud lume korral) ega takerduks. ”
See nõue tähendab, et raskemate lastide - inimeste, elupaikade, varustuse - teisaldamiseks mõeldud sõiduk võib olla „tohutu Fellini tüüpi asi, mille rattad on läbimõõduga 4–6 meetrit (12–18 jalga)“, ütles Sture, viidates kuulsale Itaaliale sürreaalsete filmide režissöör. Või võivad sellel olla tohutud lahtiste silmadega metallist turvised, nagu näiteks maanteel maanteede ehituse tagamaade ja Kuu ajal Apollo programmi ajal kasutatava kuunarveri rist. Seega näivad jälitatavad või turvavöödega sõidukid paljulubavad suure kasuliku kauba vedamiseks.
Viimane väljakutse granulaarsete füüsikute ees on välja mõelda, kuidas hoida seadmeid töös Marsi hooajaliste tolmutormide ajal. Marsi tormid piitsutavad õhu kaudu õhu kaudu kiiret tolmu kiirusega 50 m / s (100+ mph), küürivad iga paljastunud pinda, sõeluvad igasse pragudesse, matavad paljastatud ehitised nii looduslikeks kui ka inimtegevusest ning vähendavad nähtavust meetrini või vähem. Jenkins ja teised uurijad uurivad liivast ja tolmust Maa peal toimetavate tuuleiilide füüsikat: selleks, et mõista luidete teket ja liikumist Marsil ning samuti selgitada välja, milliseid elupaigakohti võiksid valdava tuule eest kõige paremini kaitsta ( näiteks suurte kivimite setetes).
Tulles tagasi Jenkinsi suure küsimuse juurde: "Kas me mõistame graanulite töötlemist piisavalt hästi, et seda Marsil teha?" Vapustav vastus on: me ei tea veel.
Ebatäiuslike teadmistega töötamine on Maal sobilik, sest tavaliselt ei kannata keegi selle teadmatuse all palju. Kuid Marsil võib teadmatus tähendada vähenenud efektiivsust või hullem, mis takistab astronautidel kaevandada piisavalt hapnikku ja vesinikku, et hingata või kasutada Maale naasmiseks kütust.
Graniitfüüsikud, kes analüüsivad Marsi teekondade andmeid, ehitavad uusi kaevamismasinaid, tasandavad võrrandeid, teevad vastuste leidmiseks oma parima. See on kõik osa NASA strateegiast õppida Marsile jõudmiseks… ja jälle tagasi.
Algne allikas: [e-posti aadress on kaitstud]
