تعرف على رواد الروبوتات الذين سيسمحون لنا باستعمار المريخ

من ناسا القادمة مهمة القمر إلى المريخ لخطط إيلون ماسك الطموحة استخدم مركبة الفضاء SpaceX لاستعمار المريخ في نهاية المطاف، فإن السباق لسكن الكوكب الأحمر قد بدأ بالفعل. ولكن قبل أن يتمكن البشر من زيارة المريخ وإقامة أي نوع من القواعد طويلة المدى هناك، نحتاج إلى إرسال كشافة لرؤية الأرض وإعدادها للمهام المأهولة.

الرواد الميكانيكيون الذين سنرسلهم إلى المريخ في السنوات القادمة سوف يتبعون مسارات إطارات المستكشفين مثل تجوال الفضول و ال انسايت لاندرلكن الجيل القادم من الروبوتات المريخية سوف يستخدم الذكاء الاصطناعي المتطور، وطرق الدفع الجديدة، والأقمار الصناعية الصغيرة المرنة لمواجهة تحديات استعمار عالم جديد.

التصميم المناسب لبيئة المريخ

هناك صعوبات واضحة في بناء الآلات التي يمكنها تحمل بيئة المريخ. أولاً، هناك البرد، حيث يبلغ متوسط ​​درجات الحرارة حوالي 80 درجة فهرنهايت تحت الصفر وتنخفض إلى 190 درجة فهرنهايت تحت الصفر عند القطبين. ثم هناك الغلاف الجوي الرقيق، الذي تبلغ كثافته 1% فقط من كثافة الغلاف الجوي للأرض. ثم هناك الغبار المزعج الذي يتصاعد أثناء أي عملية على سطح الكوكب، ناهيك عن الإشعاع الشديد الصادر عن أشعة الشمس.

تخلق هذه الظروف البيئية مشاكل للروبوتات، بدءًا من التغيرات في درجات الحرارة التي تسبب الآليات تتوسع وتنكمش وتتآكل بمرور الوقت، مما يؤدي إلى دخول الغبار إلى التروس مما يمنع استخدام المكشوف تشحيم.

وقال التادروس، نائب الرئيس لشؤون الفضاء: "إنها بيئة فريدة وقاسية للغاية، حتى بالنسبة للروبوتات الفضائية". البنية التحتية والفضاء المدني في شركة Maxar Technologies، وهي الشركة التي تصنع الأذرع الآلية لها مركبات المريخ التابعة لناسا. لا يجب أن تكون أذرع ماكسار الآلية قادرة على البقاء في هذه البيئة القاسية فحسب، بل يجب أن تكون قادرة أيضًا على أداء مهام مثل الحفر والحفر التي تتيح إجراء تحقيقات علمية.

وهناك اعتبار آخر هو قيود الوزن. عندما يتعين تسليم جزء ما إلى المريخ عبر الصاروخ، يجب مراعاة كل جرام وحسابه، وهذا يتطلب اختيار المواد بعناية. وأوضح تادرس: "إن الكثير مما نقوم به يستخدم أنواعًا مختلفة من الألومنيوم". "نحن نستخدم أيضًا التيتانيوم، وفي بعض الحالات نستخدم ألياف الكربون، اعتمادًا على التطبيق." تشمل الحيل الأخرى لتوفير الوزن تفريغ بعضها المقاطع التي لا تحتاج إلى أن تكون قوية جدًا من الناحية الهيكلية، مثل طول الذراع الآلية التي يمكن تصنيعها من مركب مصفوفة قرص العسل أنابيب.

السماح للروبوتات بالاستكشاف بمفردها

عندما يتم تسليم المركبة الجوالة إلى سطح المريخ، يمكنها البدء في الاستكشاف. ومع ذلك، نظرًا لبعد المسافة عن الأرض، ليس من الممكن للمهندسين التحكم في المركبات الجوالة بشكل مباشر. وبدلاً من ذلك، تتمتع الروبوتات بدرجة من الاستقلالية في استكشافاتها، حيث تمارس وكالة ناسا القيادة الإشرافية.

يقول تادروس كمثال: "يمكنهم أن يطلبوا من المركبة أن تسير مسافة خمسة أمتار في هذا الاتجاه". إذا كانت هناك مشكلة في تنفيذ هذا الأمر، فستتوقف العربة الجوالة وتنتظر المزيد من التعليمات. "إنها بدائية إلى حد ما بهذا المعنى. ولكن في المستقبل، تتمثل الرغبة في الحصول على الاستقلالية على متن المركبة بحيث تتعرف المركبة "أوه، لقد طُلب مني أن أذهب لمسافة خمسة أمتار، ولكن هناك صخرة هنا". سأذهب في هذا الاتجاه لأنني أعرف أن الأرض مفتوحة”.

باستخدام الخريطة والمعرفة المحلية، ستتمكن المركبات الجوالة من القيام بالملاحة الذاتية. بل سيكونون في نهاية المطاف قادرين على أداء العلوم بشكل مستقل، لذلك لن يحتاج العلماء إلا إلى تحديد أمر مثل "اعثر على هذا النوع من الصخور" ويمكن للمركبة الجوالة تحديد موقع العينة وتحليلها. وقد تم بالفعل التخطيط لهذا النوع من الاستقلالية كجزء من مهمة ناسا القمرية القادمة مع القمر روفر فايبرقال تادرس. "ستقوم بالتنقيب السريع، والنظر في الثرى والصخور وتوصيفها للبحث عن الجليد والمواد الأخرى."

مع الروبوتات مثل VIPER و مارسكوبتر سيتم إطلاقه كجزء من مشروع مارس 2020، ويمكننا أن نتوقع أن تقوم الآلات باستكشاف المريخ، التعرف على الموارد والمخاطر المحلية التي من شأنها أن تساعد أو تعيق بقاء البشر على قيد الحياة كوكب.

بناء نظام تحديد المواقع المريخ

إن معرفة المكان الذي يمكن للبشر أن يهبطوا فيه بأمان على المريخ وأين يمكنهم تحديد الموارد التي يحتاجون إليها هي الخطوة الأولى نحو الاستعمار. لكن الفرق الحقيقي بين الزيارة والإقامة الطويلة الأمد على كوكب آخر هو مسألة البنية التحتية. من المياه إلى الاتصالات إلى بناء الموائل، سنحتاج إلى إيجاد طريقة لتوفير الضروريات الأساسية للحياة بطريقة مستدامة.

تتمثل إحدى طرق إنشاء البنية التحتية المبكرة في استخدام الأقمار الصناعية الصغيرة أو الأقمار الصناعية الصغيرة. "إذا كنت تفكر في استعمار المريخ، فإن المكان الذي تأتي فيه الأقمار الصناعية الصغيرة هو إنشاء البنية التحتية له قال براد كينج، الرئيس التنفيذي لشركة Orbion، وهي شركة تعمل على إنشاء أنظمة دفع أكثر كفاءة للمستعمرة com.smallsats. "نحن بحاجة إلى شبكات اتصالات على المريخ، سواء بين نقطتين على المريخ أو من المريخ إلى الأرض. على الأرض، قمنا بحل العديد من هذه المشاكل من خلال الأقمار الصناعية التي تدور حول كوكبنا.

ويمكن للأقمار الصناعية الصغيرة أن تؤدي وظائف مماثلة على المريخ، من خلال إنشاء نظام معادل مريخي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ويمكننا أن نطلق عليه نظام تحديد المواقع على المريخ. يمكنهم أيضًا استكشاف سطح الكوكب، وإعداد المنطقة لاستقبال البشر.

الانتقال من أ إلى ب

تكمن المشكلة في نقل الأقمار الصناعية من الأرض إلى المريخ بطريقة ميسورة التكلفة. تقليديا، يتم نقل المركبات عبر الفضاء عن طريق الدفع الكيميائي، أي حرق الوقود لتوليد قوة الدفع. وهذه طريقة رائعة لتوليد كميات كبيرة من الدفع، مثل الدفع المطلوب لصاروخ لمغادرة الغلاف الجوي للأرض والوصول إلى الفضاء. لكن الأمر يتطلب كمية هائلة من الوقود، لدرجة أن الجزء الأكبر من الصواريخ الحديثة هو ببساطة خزان الوقود.

البديل الأرخص للتنقل عبر الفضاء هو الدفع الكهربائي، والذي يستخدم الطاقة الشمسية لإطلاق مادة خاملة مثل الزينون من الجزء الخلفي للمركبة. تتميز هذه الطريقة بكفاءة عالية في استهلاك الوقود، مما يسمح بالسفر لمسافات طويلة باستخدام كمية قليلة جدًا من الوقود. الجانب السلبي هو أن طريقة الدفع هذه منخفضة الدفع، لذلك يستغرق الأمر وقتًا أطول للوصول إلى الوجهة. قد يستغرق إرسال مركبة من الأرض إلى المريخ باستخدام الدفع الكهربائي بضع سنوات، مقارنة بالدفع الكيميائي الذي تستغرق الرحلة به ما بين ستة إلى تسعة أشهر.

ومع ذلك، فإن هذا المبدأ لا ينطبق فقط على الطائرات الصغيرة بدون طيار. الميزة الواضحة للدفع الكهربائي هي أنه يتطور بكفاءة عالية. وقال كينغ: "إن تكنولوجيا الدفع الكهربائي تعمل بشكل أفضل كلما كبر حجمها". "من حيث المبدأ، لا يوجد ما يحد من توسيع نطاق الدفع الكهربائي ليشمل المهام الكبيرة جدًا والمأهولة. لقد بدأت للتو في مواجهة عقبات اقتصادية لأنك تقوم ببناء مركبة بحجم Battlestar Galactica للوصول إلى هناك.

وقد تم استخدام الدفع الكهربائي في مشاريع مثل مركبة هايابوسا التابعة لوكالة الفضاء اليابانية، والتي زارت مؤخرًا الكويكب البعيد. ريوجو. وهناك المزيد من الخطط للمركبات التي تعمل بالكهرباء في المشاريع المستقبلية، مثل عنصر القوة والدفع (PPE) لمحطة Lunar Gateway التابعة لناسا والتي تستخدم الدفع الكهربائي الشمسي وستكون أقوى بثلاث مرات من القدرات الحالية.

ركوب الحافلة

سيظل الإطلاق والهبوط على الكواكب يتطلب الدفع الكيميائي، لكن الرحلة بينهما يمكن أن تكون أكثر كفاءة بكثير. يقترح كينغ أنه يمكن وضع مركبة طاقم غير دافعة أو مركبة شحن في مدار دراجات يمر عبر الأرض والمريخ. وأوضح قائلاً: "بعد ذلك يمكنك إرسال الأشياء و"ركوب الحافلة" إلى المريخ، دون الحاجة إلى الدفع". وقد تم بالفعل استخدام نظام مماثل ل تلسكوب كيبلر الفضائي، والتي استخدمت القليل جدًا من الوقود بعد إطلاقها في مدار حول مركز الشمس يتبع الأرض.

وبطبيعة الحال، فإن الوصول من الأرض إلى المريخ ليس سوى جزء من الرحلة. بمجرد وصول المركبة إلى المريخ، يجب عليها إبطاء سرعتها ودخول المدار. لإبطاء المركبة، هناك طريقتان عادةً: استخدام الدفعات العكسية التي تتطلب الوقود، والكبح الهوائي. والأخير هو المكان الذي تغوص فيه المركبة في الغلاف الجوي الخارجي للمريخ، باستخدام السحب الديناميكي الهوائي لتقليل طاقة المركبة بدرجة كافية حتى تتمكن من الدخول إلى المدار عندما تخرج من الغلاف الجوي.

لقد كان مفهوم الدفع الكهربائي هامشيًا إلى حد ما خلال العقود العديدة الماضية، ولكن مع هذه المشاريع الجديدة انتقل إلى الاتجاه السائد. وقال كينج: "يتم تطبيقه الآن على نطاق واسع، إنه مثل انتقال السفر الجوي من الطائرات التي تعمل بالمروحة إلى الطائرات النفاثة".

أجهزة الاستشعار والذكاء الاصطناعي

حتى نتمكن من إرسال الروبوتات لاستكشاف السطح والأقمار الصناعية لإنشاء البنية التحتية. يمكننا حتى نقل المنشآت الضخمة مثل الموائل عبر الفضاء باستخدام الحد الأدنى من الوقود من خلال الدفع الكهربائي. لكن تحديات استعمار المريخ لا تحدث فقط عندما يشغل البشر بالفعل موطنًا على الكوكب. إحدى القضايا الرئيسية هي كيفية الحفاظ على الموائل والهياكل للفترات الطويلة التي ستكون خلالها شاغرة. على سبيل المثال، من المرجح أن تكون المشاريع المخطط لها مثل محطة Lunar Gateway التابعة لناسا مشغولة بـ 20 إلى 30 دقيقة فقط. في المائة من الوقت، ويمكننا أن نتوقع معدلات إشغال مماثلة أو حتى أقل لكوكب المريخ المحتمل بيئات.

يجب أن تكون الموائل خارج الكوكب قادرة على مراقبة نفسها وإصلاح نفسها، خاصة عندما يكون أقرب إنسان على بعد ملايين الأميال. ولهذا السبب، الذكاء الاصطناعي مطلوب.

يمكن للنظام الذي تم إطلاقه مؤخرًا إلى محطة الفضاء الدولية أن يوفر الأساس لمراقبة الموائل باستخدام الذكاء الاصطناعي. بوش نظام ساوند سي يتكون من حمولة تحتوي على 20 ميكروفونًا وكاميرا ومستشعرًا بيئيًا لتسجيل درجة الحرارة والرطوبة والضغط. تقوم أجهزة الاستشعار هذه بجمع البيانات حول البيئة، وخاصة المعلومات الصوتية، والتي يمكن استخدامها للإبلاغ عن المشاكل.

وأوضح عالم الأبحاث في بوش جوناثان ماكوسكي: "إذا تخيلت أن هناك تسربًا في المحطة، فلن يكون هناك نغمات فوق صوتية فحسب، بل سيكون هناك أيضًا فقدان للضغط". "إذا رأينا فقدان الضغط ونغمة الموجات فوق الصوتية وعوامل أخرى، فهذه طريقة ملموسة لتحديد المشكلة."

وبطبيعة الحال، فإن التسرب في محطة الفضاء الدولية سيكون عاليا وواضحا ومثيرا. لكن العديد من أعطال الآلات، خاصة في البيئات غير المأهولة، ترجع إلى التدهور التدريجي مع مرور الوقت. وقال سامارجيت داس، الباحث الرئيسي في SoundSee، إنه يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي لاستشعار هذه الأشياء، وليس عن طريق الإضافة أجهزة استشعار أكثر أو أفضل، بل باستخدام بيانات الاستشعار بشكل أكثر كفاءة للبحث عن الأشياء الدقيقة أنماط.

قال داس: "لا تتعطل الآلات فورًا من الجيد إلى السيئ". "هناك تآكل تدريجي مع مرور الوقت. فكر في نظام قد ترغب في مراقبته في محطة الفضاء الدولية مثل جهاز المشي. تتحلل التروس الداخلية ببطء بمرور الوقت عند استخدامها. نحن كبشر لا نستطيع سماع حدوث خطأ ما هناك، ولكن عندما تترجم ذلك إلى بيانات مع مرور الوقت، يمكن للذكاء الاصطناعي اكتشاف تلك التغييرات الطفيفة في الانحراف عن القاعدة.

لا تتخيل السفن والموائل المستقبلية التي سيتم التحكم فيها بالكامل بواسطة الذكاء الاصطناعي، أو حتى ما هو أسوأ من ذلك من خلال الذكاء الاصطناعي الشفاف مثل HAL لعام 2001. وقال داس: "إن أجهزة الاستشعار والذكاء الاصطناعي لن تحل محل البشر بالكامل، ولن تقوم بأتمتة كل شيء". "الذكاء الاصطناعي هو خط دفاع." ويوافق ماكوسكي على ذلك قائلاً: "نحن نرى الذكاء الاصطناعي كأداة تتيح أشياء جديدة بنفس الطريقة التي مكّن بها المجهر البشر من النظر إلى الكائنات المجهرية".

استعمار المريخ أمر ممكن

مع كل هذه الصعوبات البيئية واللوجستية، قد يبدو الأمر كما لو أن إرسال البشر إلى المريخ أمر بعيد المنال، ناهيك عن إنشاء أي نوع من القواعد الدائمة أو شبه الدائمة هناك. وعلى الرغم من أن هذه التحديات خطيرة، إلا أن الحلول موجودة في شكل الذكاء الاصطناعي والروبوتات وطرق الدفع التي يتم اختبارها الآن لاستخدامها في مشاريع الفضاء المستقبلية.

وقال كينج: "أعتقد أن استعمار المريخ ليس قضية تكنولوجية، إنها قضية اقتصادية". "إذا كانت لدينا الموارد اللازمة للإنفاق، فإننا نعرف ما يجب بناؤه ونعرف كيف نبنيه. لكن المبلغ الذي يتطلبه الأمر من الدولارات أو اليورو أمر مروع».

ومع التمويل الكافي، لدينا المعرفة اللازمة للبدء في إنشاء أنظمة الاتصالات، وتمكين النقل، وبناء الموائل على كوكب المريخ. كينغ واثق من أن هذا قد يحدث حتى خلال حياتنا: "نظرًا للموارد غير المحدودة، يمكننا إنشاء هذه البنية التحتية في غضون عقد من الزمن".

توصيات المحررين

• يمكن لهذا الروبوت الرائع المتغير الشكل أن يتوجه يومًا ما إلى المريخ
• تعرف على الروبوت الذي غيّر قواعد اللعبة والذي يمكنه تقليد أي رمية بشرية بشكل مثالي
• يمكن أن تساعد الخريطة المائية للمريخ في اختيار مواقع المهام المستقبلية
• ناسا تريد مساعدتك لحل لغز المريخ الدائم
• اللمسة النهائية: كيف يمنح العلماء الروبوتات حواس اللمس الشبيهة بالإنسان