إن الوصول إلى معمل علوم المريخ إلى الكوكب الأحمر ليس سهلاً مثل ربط المركب فوق صاروخ Atlas V وتفجيره في الاتجاه العام للمريخ. يعد الملاحة في المركبات الفضائية علمًا دقيقًا جدًا وثابتًا ، وببساطة ، فإنه يستلزم تحديد مكان المركبة الفضائية في جميع الأوقات وإبقائها في المسار الصحيح إلى الوجهة المطلوبة.
ويقول رئيس فريق الملاحة في MSL توماس مارتن-مور ، إن الطريقة الوحيدة للوصول بدقة إلى مركبة Curiosity إلى كوكب المريخ هي أن تبحث المركبة الفضائية باستمرار في مرآة الرؤية الخلفية على الأرض.
وقال مارتن مور لمجلة الفضاء "ما نقوم به هو" قيادة "المركبة الفضائية باستخدام بيانات من شبكة الفضاء السحيق". "إذا فكرت في الأمر ، فإننا لا نرى المريخ أبدًا. ليس لدينا كاميرا ملاحة بصرية أو أي أدوات أخرى حتى نتمكن من رؤية المريخ أو الشعور به. نحن نتجه إلى كوكب المريخ ، أثناء النظر إلى الأرض ، وبقياسات من الأرض ، يمكننا الوصول إلى المريخ بدقة عالية جدًا. "
هذه الدقة العالية مهمة جدًا لأن MSL تستخدم نظامًا جديدًا للدخول والنزول والهبوط والذي سيسمح للمركبة الفضائية بالهبوط بشكل أكثر دقة من أي مركبة إنزال أو روفر سابقة.
وقال مارتن مور: "إنه أمر صعب للغاية ، وعلى الرغم من أنه شيء مشابه لما قمنا به من قبل في مهمة استكشاف كوكب المريخ (MER) ، إلا أنها ستتم هذه المرة بمستوى أعلى من الدقة". "هذا يسمح لنا بالوصول إلى مكان مثير للغاية ، Gale Crater."
على الأرض ، يمكننا دائمًا العثور على مكاننا بالضبط باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) - الموجود على هواتفنا المحمولة ومعدات الملاحة. ولكن لا يوجد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في كوكب المريخ ، لذا فإن الطريقة الوحيدة التي ستتمكن المركبة من التوجه إليها - ومن خلالها - هي نقطة دقيقة في الغلاف الجوي للكوكب الأحمر هي أن يعرف فريق الملاحة مكان المركبة الفضائية بالضبط وأن يستمروا في إخبارهم المركبة الفضائية حيث هي بالضبط. يستخدمون شبكة Deep Space Network (DSN) لتلك التحديدات منذ الإطلاق ، وصولًا إلى المريخ.
تتكون شبكة Deep Space Network من شبكة من هوائيات اتصالات الفضاء البعيد شديدة الحساسية في ثلاثة مواقع: Goldstone، California؛ مدريد اسبانيا؛ وكانبيرا ، أستراليا. يسمح الموضع الاستراتيجي بفارق 120 درجة تقريبًا على سطح الأرض بالمراقبة المستمرة للمركبات الفضائية أثناء دوران الأرض.
لكن بالطبع ، الأمر ليس سهلاً مثل مجرد الحصول على الصاروخ من النقطة A إلى النقطة B لأن الأرض والمريخ ليسا مواقع ثابتة في الفضاء. يجب على الملاحين مواجهة تحديات حساب السرعة والتوجهات الدقيقة للأرض الدورية ، والمريخ الدوار ، بالإضافة إلى مركبة فضائية متحركة تدور ، بينما يسافر الجميع في نفس الوقت في مداراتهم الخاصة حول الشمس.
هناك عوامل أخرى مثل ضغط الإشعاع الشمسي والمدفوعات الصارمة التي يجب حسابها بدقة.
قال Martin-Mur على الرغم من أن MSL عبارة عن مركبة تجول أكبر بكثير مع مركبة فضائية وغطاء خلفي أكبر من مهمة MER ، فإن أدوات الملاحة والحسابات لا تختلف كثيرًا. وفي بعض النواحي ، قد يكون التنقل في MSL أسهل.
وقال مارتن مور: "توفر مركبة أطلس V إطلاقًا أكثر دقة ويمكنها أن تضعنا في مسار أكثر دقة من MER ، التي استخدمت Delta II". "يسمح لنا هذا باستخدام كمية أقل من الوقود الدافع ، نسبيًا لكل رطل ، للوصول إلى كوكب المريخ مما فعلته مركبات MER".
وزن مركبتي MER والمركبة الفضائية حوالي 1 طن ، بينما تزن MSL ما يقرب من 4 أطنان. تم تخصيص MSL 70 كجم من الوقود الدافع لمرحلة الرحلة البحرية ، في حين استخدم كل من MER حوالي 42 كجم من الوقود.
ومن المثير للاهتمام ، أن المركبة الفضائية MSL ستنزل من خلال جو وأرض المريخ ، ستستخدم المركبة الفضائية حوالي 400 كجم من الوقود.
بالإضافة إلى ذلك ، قال Martin-Mur أن التقويم الفلكي الكوكبي أكثر دقة وقياسات التداخل الأساسية الطويلة جدًا متاحة ، مما يتيح للملاحة أن تكون قادرة على توصيل المركبة الفضائية إلى المكان الصحيح في واجهة دخول الغلاف الجوي ، بحيث تجد السيارة نفسها في نطاق المعلمات التي تم تصميمه للعمل.
التنقل عند الإطلاق
يبدأ كل شيء بسنوات من الاستعدادات والحسابات من قبل فريق الملاحة ، الذي يجب أن يحسب جميع المسارات المحتملة إلى المريخ اعتمادًا على وقت إطلاق صاروخ Atlas V مع MSL على متن الطائرة بالضبط.
في بعض الحالات ، هناك حرفيًا الآلاف من فرص الإطلاق ويجب حساب جميع المسارات المحتملة بدقة. على سبيل المثال ، كانت مهمة Juno تحتوي على نوافذ إطلاق لمدة ساعتين يوميًا مع 3300 فرصة إطلاق ممكنة. بالنسبة لـ MSL ، تحتوي نوافذ التشغيل اليومية على فرص إقلاع بزيادات 5 دقائق. طوال فترة الإطلاق التي تبلغ 24 يومًا ، قام الفريق بحساب 489 مسارًا مختلفًا لجميع فرص الإطلاق الممكنة.
ولكن في النهاية ، سينتهي بهم المطاف باستخدام واحد فقط.
قال عضو آخر في فريق الملاحة في MSL ، نيل موتينغر ، الذي عمل في مختبر الدفع النفاث منذ عام 1967. وهو يعمل في الملاحة في العديد من المهام مثل مارينر ، فوييجر ، و MER ، والعديد من البعثات الدولية.
وقال موتنجر لمجلة الفضاء: "إن الوظيفة الأولية للملاحة عند الإطلاق هي تحديد مسار المركبة الفضائية الفعلي بشكل كافٍ بحيث تكون إشارة المركبة الفضائية جيدة داخل عرض شعاع هوائيات DSN".
سينفصل مختبر علوم المريخ عن الصاروخ الذي عززه تجاه كوكب المريخ في حوالي 44 دقيقة بعد الإطلاق ، مع تتبع الملاح لكل مركبة فضائية.
وأضاف موتنجر أنه بدون قدرات الاتصال لـ DSN ، لن تكون هناك مهام كوكبية. وقال "فريق الملاحة يفعل ما بوسعه للتأكد من عدم وجود أي ثغرات في الاتصال". "لقد حان الوقت العصيب خلال 6-8 ساعات الأولى بعد الإطلاق لتكون قادرة على تحديد الموقع الدقيق للمركبة الفضائية."
من المشاكل الأخيرة في مهمة Phobos-Grunt ، من الواضح مدى صعوبة تتبع والتواصل مع مركبة فضائية أطلقت للتو.
تصحيحات منتصف الدورة
مرة أخرى ، قام فريق الملاحة بنمذجة وحساب جميع المناورات وحروق شديدة للمهمة. بمجرد وصول MSL إلى كوكب المريخ ، سيقوم فريق الملاحة بإعادة النظر في جميع نماذجهم وتصميم المناورات لنقل المركبة الفضائية إلى واجهة الدخول الصحيحة في كوكب المريخ.
قال مارتين مور: "سنستمر في تحديد المدار وإعادة تصميم مناورات المركبة الفضائية". "تحتوي MSL على 1 رطل من الدفع - نفس حجم المركبة الفضائية MER - لكن مركبة الفضاء لدينا أثقل أربع مرات تقريبًا لذا فإن المناورات التي نقوم بها تستغرق وقتًا طويلاً - سيستغرق بعضها ساعات".
للملاحة بين الكواكب ، يستخدم المهندسون الكوازارات البعيدة كمعالم في الفضاء كمرجع لمكان المركبة الفضائية. الكوازارات مشرقة بشكل لا يصدق ، ولكنها على مسافات هائلة لا تتحرك في السماء مثل النجوم الخلفية الأقرب. قدم Martin-Mur قائمة بما يقرب من 100 كوازار مختلفة يمكن استخدامها لهذا الغرض ، اعتمادًا على مكان المركبة الفضائية.
قال مارتن-مور: "إنه أمر مثير للاهتمام ، باستخدام الكوازارات ، نستخدم شيئًا يبعد عنا عنا مليارات السنين الضوئية ، من الكون المبكر جدًا ، والذي قد لا يكون موجودًا هناك بعد الآن. من الرائع حقًا أننا نستخدم كائنًا قد لا يكون موجودًا حاليًا ، ولكن نستخدمه للتنقل الدقيق للغاية. "
يحتاج فريق الملاحة أيضًا إلى نمذجة ضغط الإشعاع الشمسي - تأثير أشعة الشمس على المركبة الفضائية.
قال مارتن مور: "نحن نعلم جيدًا ، بفضل أصدقائنا من مجموعة Solar Systems Dynamics ، حيث سيكون كوكب المريخ وحيث توجد الأرض والشمس". ولكن بما أن هذه المركبة الفضائية لم تكن موجودة في الفضاء من قبل ، فإن الأمر غير المعروف على وجه الدقة هو كيف سيؤثر ضغط الإشعاع الشمسي على الخصائص السطحية للمركبة الفضائية ، وكيف سيزعج المركبة الفضائية. إذا لم يكن لدينا نموذج جيد لذلك ، فقد نكون على بعد مئات الكيلومترات عندما تنتقل المركبة الفضائية من الأرض إلى المريخ ".
الوصول إلى المريخ
مع اقتراب المركبة الفضائية من المريخ ، من المهم جدًا معرفة مكان المركبة الفضائية بدقة. قال مارتن-مور: "نحتاج إلى توجيه المركبة الفضائية إلى نقطة الدخول الصحيحة ، وإخبار المركبة الفضائية بمكان دخولها ، حتى تتمكن من العثور على طريقها إلى موقع الهبوط".
سوف يقوم جهاز MSL Entry Descent and Landing Instrumentation أو MEDLI بدفق المعلومات إلى الأرض مع دخول المسبار إلى الغلاف الجوي ، مما يتيح للملاحين - وفريق العلوم - معرفة مكان هبوط المركبة.
عندها فقط سيتمكن فريق الملاحة - ربما - من التنفس الصعداء.
