تلاش برای رسیدن به سطح سیارات دیگر از دیرباز آغاز شده است و مریخ در میان سیاراتی است که کاوش آن همیشه برای محققان جالب توجه بوده است. تاکنون سطح‌نشین و مریخ‌نوردهای زیادی پا بر سیاره سرخ گذاشته‌اند و آژانس فضایی اروپا نیز قصد دارد تا به جمع کسانی بپیوندد که به جستجوی حیات در مریخ می‌پردازند.
ماموریت اگزومارس(ExoMars) که برنامه مشترک آژانس فضایی اروپا و آژانس فضایی روسکاسموس روسیه است با هدف یافتن نشانه‌هایی از حیات، بررسی نحوه تغییرات آب‌ها روی سطح مریخ و محیط ژئوشیمیایی این سیاره و بررسی گازهای جو و منشأ آن ایجاد شده است.
اولین بخش از این ماموریت در سال ۲۰۱۶ انجام شد که طی آن مدارگرد ردیاب گاز اگزومارس به مریخ ارسال شد. ماموریت اصلی این فضاپیما تصویربرداری از سطح سیاره سرخ و جو آن است. این مدارگرد یک سطح نشین موسوم به اسکیاپارلی(Schiaparelli) با خود به مریخ برد. در حالی که مدارگر اگزومارس هنوز در حال گردش در مدار مریخ است اما سطح‌نشین آن با شدت به سطح این سیاره برخورد کرد و از بین رفت. قرار بود دومین بخش از ماموریت اگزومارس در ماه ژوئیه سال ۲۰۲۰ انجام شود اما در ماه مارس همان سال اعلام شد که این ماموریت به دلیل بروز مشکلی در چترنجات مریخ‌نورد به تعویق افتاده و به سال ۲۰۲۲ موکول شده است.
پس از این تعویق قرار شد که اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود این ماموریت در سال ۲۰۲۲ انجام شود و در ماه ژوئن سال ۲۰۲۳ فرودگر کازاچوک(Kazachok) مریخ‌نورد “روزالیند فرانکلین” را روی سطح مریخ قرار دهد اما به نظر می‌رسد درگیری‌های میان روسیه و اوکراین و تیره و تار شدن روابط اروپا و روسیه بار دیگر این ماموریت را عقب بیاندازد. به گفته‌ی مقامات آژانس فضایی اروپا احتمال انجام این ماموریت در سال ۲۰۲۲ کم است و پرتاب آن دستکم تا سال ۲۰۲۴ به تعویق خواهد افتاد.
با این وجود پس از رسیدن به مریخ، فرودگر “کازاچوک” مریخ‌نورد “روزالیند فرانکلین” را در امنیت کامل روی سطح مریخ قرار خواهد داد و پس از آن یک ماموریت یک ساله را برای کاوش سطح محل فرود آغاز می‌کند.
فرودگر “کازاچوک”
پروژه ساخت فرودگر “کازاچوک” توسط آژانس فضایی روسکاسموس روسیه دنبال می‌شود اما محموله علمی آن شامل دو ابزار اروپایی است و اروپا در ساخت چهار ابزار روسی آن نیز مشارکت دارد. حجم این محموله حدود ۴۵ کیلوگرم خواهد بود و از ابزارهایی برای کاوش مریخ تشکیل شده است.
این فرودگر به مطالعه ساختار داخلی مریخ و درک چرخه تصعید و تغلیظ دی‌اکسید کربن در جو این سیاره کمک می‌کند و علاوه بر آن به اندازه‌گیری دقیق چرخش و جهت گردش سیاره می‌پردازد.
“کازاچوک” تجهیزاتی برای بررسی قابل سکونت بودن مریخ، دما، تشعشعات و بخار آب موجود در جو و تغییرات روزانه و فصلی دمای این سیاره دارد.
این فرودگر دارای حسگرهای فشار و رطوبت، حسگرهای تابش خورشیدی، غبار و باد و حسگرهایی برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی است. علاوه بر حسگرها، این فرودگر میکروفن و چهار دوربین برای تشخیص ویژگی‌های محل فرود خواهد داشت. “کازاچوک” نیروی خود را از صفحات خورشیدی و باتری‌های قابل شارژ دریافت می‌کند.
این فرودگر دارای دو رمپ خروجی در جلو و عقب است و پس از فرود این مریخ‌نورد از روی رمپ به سمت بیرون می‌آید و روی سطح مریخ قرار می‌گیرد. بسته به شرایط، دانشمندان تصمیم می‌گیرند که مریخ‌نورد از کدام بخش خارج شود.
اگرچه که خروج از فرودگر تنها ۱۵ دقیقه به طول خواهد انجامید اما کل فرآیند چندین روز مریخی زمان خواهد برد. پس از فرود این مریخ‌نورد بیش از یک هفته مشغول باز کردن چرخ‌ها و راه‌اندازی دکل خود و وارسی‌های دیگر خواهد بود. برای رسیدن به اهداف ماموریت اگزومارس، این مریخ‌نورد باید بتواند با سرعت ۷۰ متر در هر روز مریخی حرکت کند. “روزالیند فرانکلین” طوری طراحی شده که می‌تواند دستکم هفت ماه به فعالیت بپردازد و پس از فرود چهار کیلومتر را بپیماید.
چرا مریخ‌نورد اروپا “روزالیند فرانکلین” نام گرفته است؟
“روزالیند فرانکلین” شیمی‌دان و بلورنگار پرتوی ایکس از انگلیس است که کار او بر درک ساختارهای مولکولی دی‌ان‌ای و آران‌ای ویروس‌ها، زغال‌سنگ و گرافیت متمرکز بوده است. او در روز ۲۵ ژوئیه سال ۱۹۲۰ در لندن متولد شد و اگرچه کار او بر روی زغال‌سنگ و ویروس‌ها در طول حیاتش مورد تقدیر قرار گرفت اما مشارکت‌هایش در زمینه شناسایی ساختار دی‌ان‌ای به طور عمده‌ای در طول زندگی‌اش نادیده گرفته شد. روزالیند در سال ۱۹۵۸ در سن ۳۸ سالگی بر اثر سرطان جان خود را از دست داد.
اکنون به پاس تلاش‌های او، اروپا تصمیم گرفته نام این دانشمند بزرگ را روی مریخ‌نورد خود قرار دهد.
این کاوشگر رباتیک قادر است تا دو متر در سطح مریخ حفاری کند، از خاک آن نمونه‌برداری کند و ترکیبات آن را برای یافتن شواهدی از حیات باستانی تجزیه و تحلیل کند.
اگرچه که “روزالیند فرانکلین” نقش برجسته‌ای در کشف ساختار دی‌ان‌ای ایفا کرده است اما دانشمندانی که مریخ‌نورد “روزالیند فرانکلین” را به فضا می‌فرستند انتظار ندارند در این سیاره دی‌ان‌ای یا ویروس پیدا کنند. این ساختارها به قدری شکننده هستند که نمی‌توانند چهار میلیارد سال روی سطح سیاره دوام بیاورند اما آنها امیدوارند که مریخ‌نورد “روزالیند فرانکلین” برگ جدیدی در کتاب اکتشافات مریخ باز کند و به مطالعه مولکول‌های آلی در اعماق سیاره و کشف آثاری از حیات باستانی کمک کند. انتظار می‌رود این مریخ‌نورد در طول ماموریت خود چندین کیلومتر را در سطح سیاره سرخ بپیماید.
از جمله قابلیت‌های اصلی مریخ‌نورد “روزالیند فرانکلین”، تحرک سطحی، حفاری عمقی، جمع‌آوری خودکار نمونه و پردازش آنها است. این مریخ‌نورد از صفحه‌های خورشیدی برای تولید نیروی الکتریکی استفاده می‌کند و برای دوام آوردن در شب‌های سرد مریخ نیز باتری و واحدهای گرمایشی دارد.
به دلیل فرصت‌های ارتباطی کم که یک یا دو بار در هر روز مریخی است مریخ‌نورد ماموریت اگزومارس بسیار مستقل طراحی شده است. دانشمندان در زمین، مقصدهای مورد نظر را با استفاده از تصاویر فشرده‌ای که توسط دوربین‌های روی دکل مریخ‌نورد ثبت می‌شود، تعیین خواهند کرد.
این مریخ‌نورد باید مسیرها را محاسبه کند و در هر روز مریخی تقریبا ۱۰۰ متر را به طور ایمن طی کند. برای رسیدن به این هدف “روزالیند فرانکلین” نقشه‌هایی دیجیتالی با استفاده از دوربین‌های ناوبری خود ایجاد می‌کند و یک مسیر مناسب را محاسبه می‌کند. دوربین‌های جلوگیری از برخورد نزدیک نیز برای اطمینان از ایمن بودن این مریخ‌نورد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
این مریخ‌نورد اروپایی به وسیله شش چرخ خود حرکت می‌کند. این چرخ‌ها ۲۵ سانتی‌متر قطر دارند و هر جفت چرخ روی محوری مستقل قرار دارد و می‌تواند به طور جداگانه حرکت کند. همه چرخ‌ها را می‌توان جدا از هم حرکت داد تا ارتفاع و زاویه “روزالیند فرانکلین” با توجه به سطحی که روی آن قرار دارد تنظیم شود. این قابلیت به آن امکان حرکت در خاک‌های نرم و غیر منسجم مانند تپه‌های شنی را می‌دهد. علاوه بر آن از شیب‌سنج و ژیروسکوپ برای بهبود کنترل حرکت استفاده می‌شود. در نهایت نیز از حسگرهای خورشیدی برای تعیین وضعیت مریخ‌نورد روی سطح این سیاره و جهت آن به سمت زمین استفاده می‌شود. با وزن حدود ۳۰۰ کیلوگرم، این مریخ‌نورد یک سوم دو مریخ‌نورد “کنجکاوی” و “استقامت” ناسا وزن دارد.
تصاویر به دست آمده از دوربین‌ها به همراه داده‌های رادار زمین‌نفوذ به دانشمندان کمک می‌کند تا مکان‌های مناسب برای حفاری را تشخیص دهند.
“روزالیند فرانکلین” دارای یک دستگاه نمونه‌برداری عمقی است که می‌تواند خاک مریخ را حداکثر دو متر حفر کند و نمونه‌ی کوچکی از آن را جمع‌آوری کند. این نمونه در آزمایشگاهی در قلب مریخ‌نورد قرار می‌گیرد. این آزمایشگاه دارای چهار ابزار مختلف و چندین مکانیسم پشتیبانی است. نمونه تبدیل به پودر می‌شود سپس این پودر برای تجزیه تحلیل شیمیایی، فیزیکی و طیفی دقیق در اختیار ابزارهای دیگر قرار می‌گیرد.
این مته به گونه‌ای طراحی شده است که می‌تواند انواع مختلفی از خاک را حفاری کند. علاوه بر آن می‌تواند هفت چرخه آزمایش و دستکم دو حفاری تا عمق دو متر را به انجام برساند و در هر عملیات چهار نمونه جمع‌آوری کند. این بدان معناست که “روزالیند فرانکلین” حداقل ۱۷ نمونه جمع‌آوری خواهد کرد.
این مته از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم.
ابزار حفاری
این ابزار با طول ۷۰۰ میلی‌متر مجهز به دستگاه نمونه‌برداری، پیستون متحرک، حسگرهای دما و موقعیت است و همچنین فیبر نوری، لامپ و بازتابنده دارد.
از دیگر بخش‌های مته مجموعه‌ای سه تایی از لوله رابط است که هرکدام ۵۰۰ میلی‌متر هستند و برای افزایش میزان نفوذ تا دو متر طراحی شده‌اند. از سایر تجیهزات این مریخ‌نورد می‌توان به دوربین پانوراما، طیف‌سنج مادون قرمز، رادار ویزدم، طیف‌سنج نوترونی آدرون، تصویرگر فاصله نزدیک، تصویرگر چندطیفی مریخ برای مطالعات زیرسطحی، میکروسکوپ فراطیفی مادون قرمز میکرو امگا، طیف سنج لیزری رامان و تحلیلگر مولکول‌های آلی مریخ اشاره کرد.
سایر ابزار و تجهیزات
دوربین پانوراماPanoramic Camera (PanCam)
این دوربین برای نقشه‌برداری دیجیتالی سطح مریخ و جستجوی نشانه‌هایی از حیات باستانی طراحی شده است. این دوربین با ثبت تصاویر واضح از مکان‌هایی که دسترسی به آنها دشوار است مانند دهانه‌ها یا دیواره‌های سنگی به سایر ابزار علمی در انجام اندازه‌گیری‌ها کمک می‌کند.
طیف‌سنج مادون قرمزInfrared Spectrometer for ExoMars (ISEM)
از این طیف سنج برای ارزیابی ویژگی‌های کانی شناسی و تشخیص کانی‌های مرتبط با آب از راه دور استفاده می‌شود.
رادار ویزدم(WISDOM)
ویزدم یک رادار نفوذی است که زیر سطح مریخ را برای شناسایی لایه‌بندی‌ها جستجو می‌کند و به انتخاب نمونه برای تجزیه و تحلیل کمک می‌کند.
طیف‌سنج نوترونی آدرون(ADRON-RM)
آدرون یک طیف‌سنج نوترونی است که برای جستجوی یخ زیر سطح مریخ و مواد معدنی هیدراته مورد استفاده قرار می‌گیرد. این طیف‌سنج درون مریخ‌نورد قرار دارد و در همکاری با رادار ویزدم به مطالعه سطح زیرین مریخ‌نورد و جستجوی مکان‌های مناسب برای حفاری و جمع‌آوری نمونه می‌پردازد.
تصویرگر فاصله نزدیک(Close-Up Imager)
این تصویرگر که بر روی جعبه مته نصب شده است به صورت بصری به مطالعه اهداف سنگی در فاصله نزدیک می‌پردازد. علاوه بر آن این ابزار از نمونه‌های جمع‌آوری شده توسط مته تصویربرداری می‌کند.
تصویرگر چندطیفی مریخ برای مطالعات زیرسطحی(Multispectral Imager for Subsurface Studies)
این طیف‌سنج مادون قرمز داخل مته دارد. این طیف‌سنج دیواره جانبی گمانه(borehole) ایجاد شده توسط مته را برای مطالعه چینه‌شناسی زیر سطح مریخ و درک تراکم و مواد معدنی مرتبط با آب مورد بررسی قرار می‌دهد. تجزیه و تحلیل‌های این ابزار به همراه داده‌های به دست آمده از طیف‌سنج‌های داخلی برای درک شرایط اولیه تشکیل سنگ‌های مریخی اهمیت زیادی خواهد داشت.
میکروسکوپ فراطیفی مادون قرمز میکرو امگا(MicrOmega)
این میکروسکوپ می‌تواند مواد پودری به دست آمده از خرد کردن نمونه‌های جمع‌آوری شده را تجزیه و تحلیل کند. هدف آن مطالعه دقیق مجموعه دانه‌های معدنی برای کشف منشاء زمین‌شناسی، ساختار و ترکیبات آنها است.
طیف سنج لیزری رامان(Raman Laser Spectrometer)
این طیف‌سنج اطلاعات زمینه‌ای زمین‌شناسی و کانی‌شناسی ارائه می‌دهد که مکمل داده‌های به دست آمده توسط امگا هستند. این یک تکنیک بسیار سریع و مفید برای تشخیص فازهای معدنی تولید شده بوسیله فرآیندهای مرتبط با آب است که به شناسایی ترکیبات آلی و جستجوی حیات کمک می‌کند.
تحلیلگر مولکول‌های آلی مریخ(Mars Organic Molecule Analyzer)
این تحلیلگر بزرگ‌ترین ابزار مریخ‌نورد است که جستجویی وسیع و با حساسیت فوق بالا برای یافتن مولکول‌های آلی در نمونه‌های جمع‌آوری شده انجام می‌دهد. موسسه تحقیقاتی ماکس پلانک رهبری ساخت آن را برعهده دارد.
دوقلوی مریخ‌نورد “روزالیند فرانکلین”
مریخ‌نورد “روزالیند فرانکلین” یک دو قلو نیز دارد. دوقلو یا مدل آزمایش زمینی این مریخ‌نورد که “آمالیا” نام دارد برای بررسی عملکرد مریخ‌نورد اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نام دوقلوی آن نیز به افتخار فردی برجسته انتخاب شده است. پروفسور “آمالیا ارکولی فینزی”(Amalia Ercoli Finzi)، یک اخترفیزیکدان مشهور با تجربه بالا در دینامیک پرواز است.
مهندسان از مریخ‌نورد “آمالیا” برای بازسازی سناریوهای مختلف استفاده می‌کنند که به آنها در تصمیم‌گیری برای ایمن ماندن “روزالیند فرانکلین” در محیط چالش‌برانگیز مریخ کمک می‌کند. این مدل به طور کامل نمایانگر کارهایی است که این مریخ‌نورد می‌تواند روی سطح سیاره سرخ به انجام برساند.
در روز ۲۷ ماه مارس سال ۲۰۱۴ محوطه‌ی شبیه‌ساز محیط مریخ در انگلستان ایجاد شد تا این مریخ‌نورد دو قلو در آن سیستم‌های ناوبری خودران خود را آزمایش کند. این محوطه ۳۰ در ۱۳ متر است و در آن از ۳۰۰ تن شن و سنگ استفاده شده است.
این نمونه‌ی آزمایشی بر روی زمین حفاری‌هایی با عمق ۱.۷ متر انجام داده است و نمونه‌هایی نیز استخراج کرده است. اولین نمونه‌های این دوقلو به عنوان بخشی از آزمایش‌ها در منطقه‌ی شبیه‌سازی شده مریخ در زمینی در تورین ایتالیا جمع‌آوری شد. اولین نمونه آن از یک بلوک خاک رس سیمانی با سختی متوسط برداشته شده است.
این حفاری بر روی یک سکوی اختصاصی با شیب هفت درجه انجام گرفت و نمونه‌ای به قطر یک سانتی‌متر و طول دو سانتی متر به دست آمد.
مته “روزالیند فرانکلین” نمونه را با حائلی نگه می‌دارد تا از افتادن آن هنگام بازیابی جلوگیری شود. زمانی که نمونه برداشته شد این مته آن را به سطح آورده و به آزمایشگاه درون مریخ‌نورد تحویل می‌دهد. این مته می‌تواند با سرعت ۶۰ چرخش در دقیقه در خاک نفوذ کند و بسته به نوع خاک از شن تا رس سرعت حفاری آن بین ۰.۳ تا ۳۰ میلی‌متر در دقیقه خواهد بود.
انجام آزمایش حفاری با کمک آمالیا در زمین کار دشواری است زیرا این مریخ‌نورد آزمایشی باید شرایطی مشابه گرانش مریخ را بازآفرینی کند به همین منظور “آمالیا” از سقف آویزان می‌شود.
مدل آزمایشی تعدادی آزمایش برای حرکت و شناسایی اهداف را به انجام رسانده و همزمان تصاویر و داده‌هایی جمع‌آوری کرده است. این مریخ‌نورد نشان داده که می‌تواند مسیرهای دقیقی را دنبال کند و این مسیرها را به کمک ابزارهای خود از جمله دوربین‌ها، طیف‌سنج‌ها و آشکارساز نوترونی مورد بررسی قرار دهد به موازات آن مریخ‌نورد واقعی نیز که به زودی پرتاب خواهد شد قادر به انجام کارهای مشابهی است.
ماموریت اگزومارس چه زمانی انجام می‌شود؟
شرکت فناوری هوافضا “ایرباس دیفنس اند اسپیس”(Airbus Defence and Space) سازنده اصلی این مریخ‌نورد، خرید قطعات اساسی آن را در ماه مارس سال ۲۰۱۴ آغاز کرد. در دسامبر همان سال کشورهای عضو آژانس فضایی اروپا بودجه ساخت مریخ‌نورد را تصویب کردند. قرار بود این ماموریت در سال ۲۰۱۸ انجام شود اما بودجه ناکافی آن را به سال ۲۰۲۰ موکول کرد. با این وجود سال ۲۰۲۰ هم سال پرتاب “روزالیند فرانکلین” نبود. چتر نجاتی که قرار است این مریخ‌نورد را روی سطح سیاره سرخ فرود بیاورد دچار مشکل شد و با توجه به تجربه ناموفق پیشین، سازندگان تصمیم گرفتند که این ماموریت را تا سال ۲۰۲۲ عقب بیاندازند. اما ناکامی‌های “روزالیند فرانکلین” پایان ندارد و به نظر می‌رسد این مریخ‌نورد بداقبال در سال ۲۰۲۲ نیز به فضا پرتاب نشود. طبق آخرین بیانیه آژانس فضایی اروپا و به دنبال حمله روسیه به اوکراین به نظر می‌رسد این ماموریت دستکم برای دو سال عقب بیفتد.
این مریخ‌نورد به همراه فرودگر کازاچوک در اتاق فوق تمیز در تاسیسات “تالس آلنیا “(Thales Alenia) در تورین ایتالیا قرار دارد و قرار بود پس از انجام بررسی‌های نهایی در ماه آوریل، تمام اجزای فضاپیما از جمله مریخ‌نورد، ماژول کاهش ارتفاع، پلتفرم فرود و حامل به محل پرتاب در بایکونور قزاقستان منتقل شوند.
بودجه انجام ماموریت اگزومارس ۱.۳ میلیارد یورو است و با انجام این ماموریت می‌توان منتظر تصاویر و داده‌های جدیدی از مریخ بود.
