أيروبوت

الأيروبوت هوروبوت جوي، يستخدم عادة في التعبير عن مركبة فضائية غير مأهولة أومركبة جوية غير مأهولة.

على الرغم من حتى العمل قد تم منذ ستينيات القرن الماضي على الروبوتات «المتجولين» لاستكشاف القمر وعوالم أخرى في النظام الشمسي، فإن مثل هذه الآلات لها قيود. تميل إلى حتى تكون باهظة الثمن ولها نطاق محدود، وبسبب التأخر الزمني للاتصالات عبر المسافات بين الكواكب، يجب حتى تكون ذكية بما يكفي للتنقل دون تعطيل أنفسها.

بالنسبة للكواكب ذات الغلاف الجوي المكون من أي مادة، هناك بديل: روبوت طيران ذاتي التحكم، أو«أيروبوت». وتستند معظم مفاهيم الأيروبوت على المناطيد، في المقام الأول البالونات، ولكن في بعض الأحيان السفن الهوائية. أثناء الطيران فوق العوائق في الرياح، يمكن حتى يستكشف البالون مناطق كبيرة من الكوكب بالتفصيل بتكلفة منخفضة نسبيًا. واقترحت الطائرات لاستكشاف الكواكب.

أساسيات البالونات

في حين حتى فكرة إرسال بالون إلى كوكب آخر تبدوغريبة في البداية، فإن البالونات لها عدد من المزايا لاستكشاف الكواكب. يمكن حتى تكون خفيفة الوزن ويمكن حتى تكون غير مكلفة نسبيًا. يمكن حتى تغطي مساحة كبيرة من السطح، وتمنحهم الرؤية من الأعلى القدرة على فحص مساحات شاسعة من التضاريس بتفاصيل أكثر بكثير مما ستكون متاحة من قمر صناعي مداري. بالنسبة للبعثات الاستكشافية، لا يمثل افتقارها النسبي إلى التحكم في الاتجاه عقبة رئيسة، إذ لا توجد حاجة عمومًا لتوجيهها إلى مسقط محدد.

تضمنت تصميمات البالونات للبعثات الكوكبية المحتملة بعض المفاهيم غير العادية. أحدها هوالشمسي، أوالأشعة تحت الحمراء «آي آر» مونغولفييه. هوبالون هواء ساخن حيث يتكون الغلاف (كيس الغاز في البالون) من المواد التي تحبس الحرارة من أشعة الشمس، أومن الحرارة المشعة من سطح الكوكب. اللون الأسود هوالأفضل لامتصاص الحرارة، لكن هناك عوامل أخرى مشاركة، ويمكن ألا تكون المادة سوداء بالضرورة.

تتمتع مونغولفييه الشمسية بالكثير من المزايا لاستكشاف الكواكب؛ إذ يمكن نشرها بسهولة أكثر من بالون الغاز الخفيف، ولا بحاجة بالضرورة إلى خزان من الغاز الخفيف للانتفاخ، وتتحمل نسبيًا التسريبات الصغيرة. لكن عيبهت هوأنها ترتفع فقط خلال ساعات النهار.

الآخر هوبالون «ذوسوائل قابلة للانعكاس» يتكون هذا النوع من البالونات من غلاف متصل بخزان، مع احتواء الخزان على سائل يسهل تبخيره. يمكن خلق البالون ليرتفع عن طريق تبخير السائل إلى غاز، ويمكن خفضه عن طريق تكثيف الغاز مرة أخرى إلى سائل. هناك عدد من الطرق المتنوعة لتطبيق هذا المخطط، لكن المبدأ الفيزيائي نفسه في جميع الحالات.

سيحمل البالون المصمم لاستكشاف الكواكب غندولًا صغيرًا يحتوي الحمولة الصافية للمعدات. يفترض أن يحمل الغندول أيضًا أنظمة فرعية للطاقة والتحكم والاتصالات. نظرًا للقيود المفروضة على الوزن وإمدادات الطاقة، سيكون النظام الفرعي للاتصالات بشكل عام صغيرًا منخفض الطاقة، وستجرى الاتصالات بين الكواكب عبر مسبار كوكبي مداري يعمل مُرحلًا.

ستنخفض مركبة مونغولفييه الشمسية ليلًا، ستمتلك حبلًا دليليًا مرتبطًا بأسفل الغندول الذي سينطوي على الأرض ويثبت البالون خلال ساعات الظلام. سيصنع الحبل الدليلي من مواد ذات احتكاك منخفض لمنعه من الالتقاط أوالتشابك مع التضاريس الأرضية.

بدلًا من ذلك، يمكن حتى يحمل البالون «أفعوان» بدلًا من الغندول والحبل الدليلي، مع الجمع بين وظائف الاثنين. هذا المخطط مناسب لإجراء قياسات السطح مباشرة.

يمكن أيضًا تثبيت بالون للبقاء في مكان واحد لإجراء أرصاد في الغلاف الجوي. يُعهد هذا البالون الثابت باسم «المنطاد».

أحد الجوانب الأصعب لعمليات بالون الكواكب هوإدخالها في المهمة. عادة، يدخل البالون في الغلاف الجوي للكواكب في «أيروشيل»، وهودرع حراري على شكل مخروط مسطح. بعد الدخول في الغلاف الجوي، ستستخرج المظلة مجسم البالون من الـ«الأيروشيل»، الذي يقع بعيدًا. ينتشر مجسم البالون بعد ذلك ثم ينتفخ.

بمجرد بدء التشغيل، سيكون الـ«الأيروبوت» بمفرده إلى حد كبير، وسيتعين عليه القيام بمهمته بشكل مستقل، مع قبول الأوامر العامة فقط عبر وصلته البعيدة بالأرض. سيتعين على «الأيروبوت» التنقل في ثلاثة أبعاد والحصول على البيانات الفهمية وتخزينها وإجراء التحكم بالتحليق عبر تغيير ارتفاعه وربما الهبوط في مواقع محددة لتأمين استقصاء عن قرب.

بالونات فينوس فيغا

قام معهد أبحاث الفضاء التابع للأكاديمية السوفيتية للعلوم بالبعثة الأولى، وحتى الآن الوحيدة، بمهمة بالون كوكبي بالتعاون مع وكالة الفضاء الفرنسية «سنيس» في عام 1985. حُمل بالون صغير، يشبه في مظهره بالونات الطقس الأرضية، على جميع من المسبارين فيغا وفينوس السوفييتيين، اللذين أطلقا في عام 1984.

أُدخل البالون الأول في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة في 11 يونيو1985، يليه البالون الثاني في 15 يونيو1985. فشل البالون الأول بعد 56 دقيقة فقط، ولكن الثاني عمل لمدة تقل عن يومين أرضيين حتى نفاذ بطارياته.

كانت بالونات فينوس وفيغا فكرة جاك بلامونت، كبير الفهماء في «سنيس» والد بالون استكشاف الكواكب. لقد روج بقوة للمفهوم وحشد الدعم الدولي للمشروع الصغير.

كانت النتائج الفهمية لمسباري فينوس وفيغا متواضعة. الأهم من ذلك، أثبتت التجربة الذكية البسيطة صحة استخدام البالونات لاستكشاف الكواكب.

المحاولة المريخية لأيروبوت

بعد نجاح بالونات فينوس فيغا، ركز بلامونت على مهمة بالون أكثر طموحًا إلى المريخ التي ستُحمل على مسبار فضائي سوفييتي.

الضغط الجوي على المريخ هوحوالي 150 مرة أقل من ضغط الأرض. في مثل هذا الجوالرقيق، يمكن حتى يحمل البالون الذي يتراوح حجمه بين 5000 و10000 متر مكعب «178500 إلى 357000 قدم مكعب» حمولة قدرها 20 كيلوجرام «44 رطلاً»، في حين يمكن حتى يحمل بالون بحجم 100000 متر مكعب «3600000 قدم مكعب» 200 كيلوجرام «440 رطلًا».

أجرى الفرنسيون بالعمل تجارب مكثفة مع مونغولفييه الشمسية، حيث أجروا أكثر من 30 رحلة من أواخر السبعينيات إلى أوائل التسعينيات. حلقت مونغولفييه على ازدياد 35 كيلومتراً، حيث كان الغلاف الجوي رقيقًا وباردًا كما لوكان على سطح المريخ، وقضت إحداها 69 يومًا مرتفعة، ملتفة حول الأرض مرتين.

تضمنت المفاهيم الأولية لبالون المريخ نظام «بالون مزدوج»، مع هيدروجين محكم الإغلاق أوبالون مملوء بالهيليوم مربوط مونغولفييه شمسي. صُمم بالون الغاز الخفيف للحفاظ على مونغولفييه مرتفعة عن الأرض في الليل. خلال النهار، تسخّن الشمس مونغولفييه، ما يتسبب في ازدياد مجسم البالون.

في النهاية، قررت المجموعة إنشاء منطاد هيليوم أسطواني محكم الإغلاق مصنوع من «غشاء بيت» مطلي بالألمنيوم، وبمساحة تبلغ 5500 متر مكعب (196000 قدم مكعب). سيرتفع البالون عند تسخينه خلال النهار، ثم يغرق أثناء تبريده ليلًا.

كان إجمالي كتلة المجسم البالوني 65 كيلوغراما (143 رطلا)، مع غندول 15 كيلوغراما (33 رطلا) وكبل دليلي مجهز 13.5 كيلوغرام (30 رطل). كان من المتسقط حتى يعمل البالون لمدة عشرة أيام. لسوء الحظ، على الرغم من إجراء الكثير من أعمال التطوير على البالون وأنظمته الفرعية، أجلّت الصعوبات المالية الروسية مسبار المريخ من عام 1992 إلى عام 1994، ثم إلى عام 1996. وألغي بالون المريخ من المشروع بسبب التكلفة.

مراجع

^ Barnes D.P., Summers, P., Shaw, A., "An investigation into aerobot technologies for planetary exploration," in Proc. 6th ESA Workshop on Advanced Space Technologies for Robotics and Automation, ASTRA 2000. ESTEC Noordwijk, NL, pp. 3.6–5, December 2000. PDF version نسخة محفوظة May 15, 2006, على مسقط واي باك مشين..
^ Anthony Colozza, Geoffrey Landis, and Valerie Lyons, Overview of Innovative Aircraft Power and Propulsion Systems and Their Applications for Planetary Exploration, NASA TM-2003-212459 (July 2003) link to NASA TM نسخة محفوظة May 12, 2008, على مسقط واي باك مشين.