Įsivaizduokite šį scenarijų. Metai yra 2030 arba aplink juos. Po kelionės per šešis mėnesius nuo Žemės jūs ir keli kiti astronautai esate pirmieji žmonės Marse. Jūs stovite ant svetimo pasaulio, dulkėtais raudonais purvais po kojomis, apžiūrinėdami krūvą kasybos įrangos, kurią pasistatė ankstesni robotai.
Ačiū jūsų ausyse yra paskutiniai misijos kontrolės žodžiai: „Jei jums rūpi tai priimti, jūsų misija yra grįžti į Žemę, jei įmanoma, naudojant degalus ir deguonį, kurį išgaunate iš Marso smėlio. Sėkmės!"
Tai skamba pakankamai paprastai, išgaunant žaliavas iš uolingos, smėlėtos planetos. Mes tai darome čia, Žemėje, kodėl gi ne ir Marse? Bet tai nėra taip paprasta, kaip atrodo. Niekada apie granuliuotą fiziką dar nėra.
Granuliuota fizika yra mokslas apie grūdus, nuo kukurūzų branduolių iki smėlio grūdų ir kavos tirščių. Tai yra įprastos kasdienės medžiagos, tačiau jas gali būti sudėtinga numatyti. Vieną akimirką jie elgiasi kaip kietos medžiagos, kitą dieną - kaip skysčiai. Apsvarstykite savivarą, pilną žvyro. Kai sunkvežimis pradeda pakreipti, žvyras lieka vientisoje krūvoje, kol tam tikru kampu staiga virsta griaustinio uoliena.
Suprasti granuliuotą fiziką yra būtina projektuojant pramonines mašinas, skirtas dideliems mažų kietų medžiagų kiekiams, tokiems kaip smulkus Marso smėlis, apdoroti.
Problema yra ta, kad net ir Žemėje „pramoninės gamyklos neveikia labai gerai, nes mes nesuprantame granuliuotų medžiagų lygčių, taip pat mes suprantame skysčių ir dujų lygtis“, - sako Jamesas T. Jenkinsas, teorijos ir taikomoji mechanika Kornelio universitete Ithakoje, Niujorke „Štai kodėl anglimis kūrenamos elektrinės veikia mažai efektyviai ir turi didesnį gedimo procentą, palyginti su skystu kuru ar dujomis kūrenamoms elektrinėms.“
Taigi, „ar mes pakankamai gerai suprantame granulinį apdorojimą, kad galėtume tai padaryti Marse?“ jis klausia.
Pradėkime nuo kasimo: „Jei kasti tranšėją ant Marso, koks kietas gali būti šonai ir išlikti stabilus be urvo?“ stebisi Steinas Sture, civilinės, aplinkos ir architektūros inžinerijos profesorius ir docentas Kolorado universitete Boulderyje. Dar nėra apibrėžto atsakymo. Dulkėto dirvožemio ir uolienų sluoksniavimasis Marse nėra pakankamai žinomas.
Kai kuri informacija apie Marso dirvožemio viršutinio metro mechaninę sudėtį galėtų būti gaunama iš žemę skverbiančių radarų ar kitų įgarsinimo prietaisų, pabrėžia Sture, tačiau daug giliau ir jums „tikriausiai reikia paimti pagrindinius pavyzdžius“. NASA Phoenix Marso tūptuvas (nusileidimas 2008 m.) Galės kasti maždaug pusės metro gylio tranšėjas; 2009 m. Marso mokslo laboratorija galės iškirsti uolienų branduolius. Abi misijos suteiks vertingų naujų duomenų.
Dar giliau, Sture (bendradarbiaudamas su Kolorado universiteto Kosmoso statybos centru) kuria novatoriškus kasimo mašinas, kurių verslo galai vibruoja dirvožemyje. Maišymas padeda suskaidyti rišamąsias jungtis, laikydamas sutankintą dirvožemį kartu, taip pat gali padėti sumažinti dirvožemio griūties riziką. Panašios mašinos, kaip šios, vieną dieną gali nuvykti ir į Marsą.
Kita problema yra „bunkeriai“ - piltuvėliai kasinėtojai naudoja smėlį ir žvyrą ant konvejerio juostų perdirbti. Marso dirvožemio išmanymas būtų nepaprastai svarbus kuriant efektyviausius ir nereikalaujančius priežiūros bunkerių. „Mes nesuprantame, kodėl bunkeriai uogienės“, - sako Jenkinsas. Uogienės iš tiesų yra tokios dažnos, kad „žemėje kiekvienas bunkeris turi plaktuką šalia“. Užsikimšę į bunkerį, uogienė ištirpsta. „Marse“, kur būtų tik keli žmonės, norintys įgyti įrangos, norėtumėte, kad bunkeriai veiktų geriau. Jenkinsas ir kolegos tiria, kodėl granulės teka uogiene.
Ir tada yra gabenimas: „Mars Rovers Spirit“ ir „Opportunity“ nuo 2004 m. Neturėjo didelių sunkumų važiuodami myles aplink savo nusileidimo vietas. Tačiau šie roveriai yra tik vidutinio biuro stalo dydžio ir tik maždaug tokie pat masyvūs kaip suaugusiųjų. Jie yra vežimėliai, palyginti su didžiulėmis transporto priemonėmis, kurių gali prireikti gabenti tonoms Marso smėlio ir uolienų. Didesnėms transporto priemonėms bus sunkiau važiuoti.
Sture aiškina: Jau septintajame dešimtmetyje, kai mokslininkai pirmą kartą tyrinėjo galimus saulės variklius naudojančius roverus, skirtus deryboms dėl birių smėlynų Mėnulyje ir kitose planetose, jie apskaičiavo, kad „didžiausias perspektyvus nuolatinis slėgio kontaktinio slėgio slėgis virš Marso dirvožemių yra tik 0,2 svaro už kvadratinis colis (psi) “, ypač važiuojant aukštyn ar žemyn šlaitais. Šį žemą skaičių patvirtino dvasios ir galimybių elgesys.
Tik 0,2 psi riedėjimo kontaktinis slėgis reiškia, kad transporto priemonė turi būti lengva arba turi būti būdas efektyviai paskirstyti krovinį daugeliui ratų ar vikšrų. Sumažinti kontaktinį slėgį yra nepaprastai svarbu, kad ratai nesigilintų į minkštą dirvožemį ir neprasiskverbtų pro kietus dirvožemius [ploni cementuotų dirvožemių lakštai, pavyzdžiui, plona pluta ant vėjo pūsto sniego žemėje] ir neužstringa. “
Šis reikalavimas reiškia, kad sunkesniems kroviniams vežti naudojama transporto priemonė - žmonės, buveinės, įranga - gali būti „didžiulis„ Fellini “tipo daiktas, kurio skersmuo yra nuo 4 iki 6 metrų (12–18 pėdų)“, - sako Sture, minėdamas garsųjį italą. siurrealistinių filmų režisierius. Arba tai gali būti milžiniškos atviro metalo protektoriai, pavyzdžiui, kryžius tarp magistralinių kelio žemės paviršiaus griovelių ir Mėnulio roverio, naudojamo „Apollo“ programos metu. Taigi, vikšrinės ar diržinės transporto priemonės atrodo perspektyvios gabenant didelius naudingus krovinius.
Paskutinis iššūkis, su kuriuo susiduria granuliuoti fizikai, yra išsiaiškinti, kaip išlaikyti įrangą, veikiančią per sezonines Marso dulkių audras. Marso audros per orą plauna smulkias dulkes 50 m / s (100+ mph) greičiu, šveičia kiekvieną atvirą paviršių, sijoja į kiekvieną plyšį, užkasa apdengtas natūralias ir žmogaus sukurtas struktūras ir sumažina matomumą iki metrų ar mažiau. Jenkinsas ir kiti tyrėjai tiria eolinių [vėjų] smėlio ir dulkių gabenimo Žemėje fiziką, kad suprastų kopų susidarymą ir judėjimą Marse, taip pat norėdami išsiaiškinti, kokias galimų buveinių vietas galima geriausiai apsaugoti nuo vyraujančio vėjo ( pavyzdžiui, didelių uolienų nuosėdose).
Grįžtant prie didelio Jenkins klausimo: „Ar mes pakankamai gerai suprantame granulių perdirbimą, kad galėtume tai padaryti Marse?“ Nerimą keliantis atsakymas yra toks: mes dar nežinome.
Dirbti su netobulomis žiniomis Žemėje yra gerai, nes paprastai niekas to nepažįsta. Tačiau Marse nežinojimas gali reikšti sumažėjusį efektyvumą arba dar blogiau užkirsti kelią astronautams iškasti pakankamai deguonies ir vandenilio, kad jis galėtų kvėpuoti ar būtų naudojamas degalams grįžti į Žemę.
Granulių fizikai, analizuojantys „Mars“ maršrutizatorių duomenis, statantys naujas kasimo mašinas, ruošiantys lygtis, geriausiai stengiasi rasti atsakymus. Tai visa NASA strategijos dalis, skirta išmokti nuvykti į Marsą… ir vėl atgal.
Originalus šaltinis: [apsaugotas el. Paštas]
