Képzelje el ezt a forgatókönyvet. Az év 2030 vagy annak helye. A Földtől hat hónapos utazás után Ön és több űrhajós is az első ember a Marson. Az idegen világon állsz, poros vörös szennyeződés alatt a lábad alatt, és körülnézzen egy-egy bányászati berendezés csomóján, amelyet a korábbi robotisták helyeztek el.
A fülében való visszhang a misszióvezérlés utolsó szava: „A küldetésed, ha érdekel, ha elfogadja, az, hogy visszatérjen a Földre - ha lehetséges, a Mars homokjából bányászott üzemanyaggal és oxigénnel. Sok szerencsét!"
Elég egyszerűnek hangzik, mivel egy sziklás, homokos bolygó nyersanyagait bányászik. Itt csináljuk a Földön, miért ne a Marson is? De ez nem olyan egyszerű, mint amilyennek hangzik. A szemcsés fizikáról még soha nincs szó.
A szemcsés fizika a gabona tudománya, a kukorica magjától kezdve a homokig és a kávéig. Ezek a hétköznapi anyagok, de bosszantóan nehéz megjósolni. Egyik pillanatban úgy viselkednek, mint szilárd, a másik mint folyadékok. Vegyünk egy kavicsos teherautót. Amikor a teherautó megdől, a kavics szilárd halomban marad, amíg egy bizonyos szögben hirtelen viharrésszivé válik.
A szemcsés fizika megértése elengedhetetlen az ipari gépek tervezéséhez, amelyek nagy mennyiségű kis szilárd anyagot - mint például a finom marsi homokot - kezelhetnek.
A probléma az, hogy még a Földön is az „ipari üzemek nem működnek nagyon jól, mert nem értjük a szemcsés anyagok egyenleteit, sem pedig a folyadékok és a gázok egyenleteit” - mondja James T. Jenkins, az elméleti és alkalmazott mechanika a New York-i Ithacai Cornell Egyetemen "Ezért működnek a széntüzelésű erőművek alacsony hatékonysággal és nagyobb hibaarányúak, mint a folyékony vagy gáztüzelésű erőművek."
Tehát „értjük-e a szemcsés feldolgozást elég jól ahhoz, hogy megtesszük a Marson?” kérdezi.
Kezdjük az ásatással: "Ha árokban ásat a Marson, mekkora meredek lehetnek az oldalai, és stabilok maradhatok-e barlangolás nélkül?" csodálkozik Stein Sture, a polgári, környezetvédelmi és építészmérnöki professzor, valamint a Boulder-i Colorado Egyetem egyetemi docens. Még nincs határozott válasz. A poros talaj és a kőzet rétegződése a Marson nem eléggé ismert.
Sture rámutat, de sokkal mélyebbre mutat, hogy a Mars felső talajának legfeljebb méterének mechanikai összetételéről valamilyen információt szerezhetnek a földbe hatoló radarok vagy más hangmérő eszközök. A NASA Phoenix Mars rakodógépje (2008-as leszállás) körülbelül fél méter mélyen árkokat képes ásni; a 2009. évi Mars Tudományos Laboratórium képes lesz kőzetmagokat kivágni. Mindkét misszió értékes új adatokat szolgáltat.
Még mélyebbre lépésként a Sture (a Colorado Egyetem Űrkonstrukciói Központjával kapcsolatban) innovatív kotrógépeket fejleszt, amelyek üzleti végei talajba rezegnek. A keverés elősegíti a kohéziós kötések eltörését a tömörített talajok tartásában, és enyhítheti a talaj összeomlásának kockázatát is. Az ilyen gépek egy nap elmenhetnek a Marsra is.
Egy másik probléma a „tartályok” - a tölcsérbányászok homokot és kavicsot vezetnek a szállítószalagokhoz feldolgozás céljából. A marsi talaj ismerete nélkülözhetetlen lenne a leghatékonyabb és karbantartást nem igénylő tartályok megtervezéséhez. "Nem értjük, hogy miért elakad a garat" - mondja Jenkins. A dzsemlek valójában annyira gyakoriak, hogy „a Földön minden garatnak van egy kalapácsa a közelben”. A garaton történő felfrissítés megszabadítja az elakadást. A Marson, ahol csak néhány ember lenne körül a felszerelés iránt, azt szeretné, ha a tartályok jobban működnek. Jenkins és munkatársai azt vizsgálják, hogy miért áramlik a szemcsék.
És aztán ott van a szállítás: A Mars és a Spirit, valamint az Opportunity vontatóinak 2004 óta nem volt sok nehézségük, hogy mérföldeket vezetjenek leszállási helyük körül. De ezek a roverek csak egy átlagos irodai íróasztal méretén vannak és csak annyira masszív, mint egy felnőtt. Kocsik, összehasonlítva a hatalmas járművekkel, amelyekre valószínűleg szükség lehet tonna mars homok és szikla szállításához. A nagyobb járműveknek nehezebb lesz körülkerülni.
Sture elmagyarázza: Már az 1960-as években, amikor a tudósok először tanulmányozták a lehetséges napelemes hajtóműveket a Holdon és más bolygókon lévő laza homok megtárgyalására, kiszámították, hogy „a marsi talajok közötti érintkezési nyomás maximális életképes folyamatos nyomása csak 0,2 font / per négyzet hüvelyk (psi) ”, különösen lejtőkön felfelé vagy lefelé haladva. Ezt az alacsony értéket a Lélek és a Lehetőség viselkedése is megerősítette.
Csak 0,2 psi gördülő érintkezési nyomás azt jelenti, hogy a járműnek könnyűnek kell lennie, vagy olyan módon kell lennie, hogy hatékonyan eloszthassa a rakományt sok kerékre vagy nyompályára. Az érintkezési nyomás csökkentése alapvető fontosságú, így a kerekek nem ásnak be puha talajba, vagy áttörnek a duricrusts (a vékony cementált talajlapok, mint például a vékony kéreg a szélben fújt hóon a Földön) és elakadnak. ”
Ez a követelmény azt jelenti, hogy a nehezebb rakományok - emberek, élőhelyek, felszerelések - mozgatására szolgáló jármű „hatalmas Fellini típusú dolog lehet, amelynek átmérője 4-6 méter (12-18 láb)” - mondja Sture, a híres olaszra hivatkozva. szürreális filmek rendezője. Vagy lehet, hogy hatalmas nyitott szemű fém futófelületei vannak, mint például a földi autópálya-építési kotrógépek és a Holdon az Apollo program során használt holdjáró keresztezése. Így a lánctalpas vagy hevederes járművek ígéretesnek tűnnek a nagy hasznos teher szállítására.
A szemcsés fizikusok előtt álló utolsó kihívás az, hogy kitaláljuk, hogyan lehet a berendezéseket a Mars szezonális porviharjain keresztül üzemeltetni. A marsi viharok 50 m / s (100+ mph) sebességgel robbantják a finom port a levegőn, súrolják az összes szabadon lévő felületet, minden repedésbe szitódnak, a természetes és az ember által létrehozott terepet eltemetik, és a láthatóságot mérsz vagy kevesebbre csökkentik. Jenkins és más nyomozók a homok és a por földön áthaladó eolikus [szél] fizikáját tanulmányozzák, hogy megértsék a dűnék kialakulását és mozgását a Marson, és megvizsgálják azt is, hogy az esetleges élőhelyek mely helyeit lehet a legjobban megóvni az uralkodó szél ellen ( például a nagy sziklák szélén).
Visszatérve Jenkins nagy kérdéséhez: "Megértjük-e elég jól a szemcsés feldolgozást ahhoz, hogy a Marson meg tudjuk tenni?" A nyugtalanító válasz: még nem tudjuk.
A hiányos tudással való munka rendben van a Földön, mert általában senki sem szenved attól a tudatlanságtól. De a Marson a tudatlanság jelentheti a csökkent hatékonyságot, vagy ami még rosszabb lehet annak megakadályozása, hogy az űrhajósok elegendő mennyiségű oxigént és hidrogént bányozzanak fel ahhoz, hogy lélegezzen, vagy üzemanyagot használjon a Földre való visszatéréshez.
A szemcsés fizikusok, akik a Mars rovers adatait elemzik, új ásógépeket építenek, egyenletekkel büszkélkednek, a lehető legjobbat teszik a válaszok megtalálására. Ez a NASA stratégiájának része, hogy megtanulják, hogyan kell eljutni a Marsra ... és vissza.
Eredeti forrás: [e-mail védett]
