ناسا على وشك العودة إلى القمر وعليها مواجهة عدو مألوف: الغبار

القمر حار جدًا وبارد جدًا أيضًا.

هناك إشعاع. جو رقيق. لا يوجد هواء للتنفس.

إذا كانت ناسا ستبني قاعدة قمرية – مشروع طويل الأجل تم تقديمه يوم الأربعاء مع إطلاق Artemis I – فسيتعين عليها مواجهة هذا التحدي لسكن الإنسان.

كما يجب عليها اكتشاف الغبار.

يتكون غبار القمر من جزيئات صغيرة جدًا – حبيبات خشنة وحادة تضيف مشاكل كبيرة لرواد الفضاء وتقريباً أي جسم من صنع الإنسان من المفترض أن يهبط على القمر أو يقلع منه.

لسنوات ، درس علماء ناسا مقدار الضرر الذي يمكن أن يحدثه الغبار ، إلى جانب الحصى والصخور القمرية ، خاصةً عندما يتم ركله بواسطة محرك صاروخي ويبدأ في الطيران بسرعة تفوق سرعة الرصاصة.

يقول فيليب ميتزجر ، عالم الكواكب في جامعة سنترال فلوريدا الذي أجرى أبحاثًا عن آثار الغبار بين الكواكب منذ عام 1997: “ليس الغبار الناعم فقط هو الذي سيغطي … أجهزتك”. إنها صخور عالية السرعة ، حبيبات رملية ، حصى عالية السرعة.

يقوم الروبوت ISRU Pilot Excavator بالحفر في حاوية قمامة مليئة بالثرى ، وهو نسخة مسحوقة من الصخور ، أثناء الاختبار داخل Swamp Works في 28 يوليو.

(فرانك ميشو / ناسا)

إحدى المؤسسات الرائدة التي تدرس غبار القمر وتأثيره المحتمل على البعثات البشرية هي Swamp Works ، وهو مختبر أبحاث تابع لوكالة ناسا شارك في تأسيسه في عام 2013 من قبل Metzger ، الذي تقاعد الآن من الوكالة ولكنه لا يزال يتعاون في المشاريع.

يقع هذا المختبر في مركز كينيدي للفضاء في فلوريدا في مبنى على شكل صندوق كان يستخدم في السابق لتدريب رواد فضاء أبولو ، ويهدف المختبر إلى تجريب واختبار التقنيات التي ستمكن البشر من العيش والعمل على أجسام كوكبية أخرى.

لن تهبط مهمة Artemis 1 على القمر ، لكن كبسولة Orion للطاقم ستسافر حول القمر في رحلة مدتها 25 يومًا لاختبار قدرات المركبة الفضائية قبل صعود البشر في المرة القادمة.

منذ أكثر من عقد من الزمان ، حاول روبرت بي مولر ، المؤسس المشارك لـ Metzger و Swamp Works ، تحذير مديري وكالة ناسا من أن الغبار المنبعث من عوادم الصواريخ يمكن أن يعيق مهمات القمر المستقبلية وكيف يجب القيام بمزيد من البحث والتخطيط. لقد خرجوا.

أطلق صاروخ في الظلام

ينطلق صاروخ القمر الجديد Artemis التابع لناسا من منصة الإطلاق 39B في مركز كينيدي للفضاء في 16 نوفمبر.

(جون راو / أسوشيتد برس)

اليوم ، مع انطلاق برنامج Artemis بكامل قوته ، ونشرت الوكالة بحماس أول امرأة وأول شخص ملون يهبط على سطح القمر بعد وقت قصير من انفجار غبار القمر البحثي لعام 2025.

قال مولر ، الذي يعمل أيضًا تقنيًا أول في مركز كينيدي للفضاء: “كل ما نقوم به سابق لأوانه بعشر سنوات”. “عندما يبدأ الآخرون في فعل ذلك ، فأنت تعلم أنك فعلت الشيء الصحيح لأنه يتبناه.”

يتم الآن إنتاج غبار القمر المحاكي – الذي كان يومًا ما سلعة بحثية يتم تداولها بين وكالة ناسا وبعض المعامل الجامعية – تجاريًا. استضافت وكالة ناسا مؤخرًا حدثًا إعلاميًا بالقرب من فلاغستاف بولاية أريزونا ، حيث عرض كيف سيتعامل رواد الفضاء مع بيئة القمر القاسية والمغبرة.

مشكلة الغبار قديمة قدم ناسا نفسها تقريبًا. بالعودة إلى برنامج أبولو في الستينيات وأوائل السبعينيات ، اشتكى رواد الفضاء من عدم تمكنهم من إعادة ارتداء قفازاتهم بعد ثلاثة أيام لأن غبار القمر كسر الختم.

قال مولر: “إنه حاد للغاية ، وسلس للغاية”. “إنه يطحن كل شيء فقط.”

لفهم المشكلة حقًا – وإيجاد طرق لمكافحتها – قام المختبر بنقل 120 طنًا من المسحوق الرمادي الناعم المتبقي من خط إنتاج رصف الطرق بالمنجم.

وجدت وكالة ناسا العناصر بالصدفة. خلال رحلة بحثية بالقرب من منجم أريزونا ، دخل باحث في شركة Swamp Works في كومة من المسحوق بقوام الدقيق وغرق حتى وسطه. رأى رائد فضاء أبولو 17 هاريسون “جاك” شميت ، الذي كان جزءًا من الرحلة ، المسحوق والتقطه وركله وألقاه في الهواء.

يتذكر مولر قبل مغادرة رواد الفضاء: “نعم ، بدا الأمر وكأنه غبار القمر”.

في Swamp Works ، يوجد الآن غبار القمر المحاكى في قفص بلاستيكي ، بطول 26 قدمًا وعرض 26 قدمًا ، حيث يختبر الباحثون روبوت حفار مصمم للحفر في الأوساخ والصخور القمرية ونمذجة إلى أي مدى يمكن لمحرك الصاروخ أن ينفث غبار القمر أثناء الإقلاع . والهبوط. يمنع نظام الترشيح الغبار الزائد من الوصول إلى المختبر وإلى رئتي الباحثين.

قام مولر بتثبيت المجرفة في خيمة بلاستيكية أصغر حجمًا وشفافة تقع بجوار العلبة الأكبر مباشرة وحصل على نوع آخر من غبار القمر المحاكى ، والذي وجده فريق ناسا من هيوستن. تركها تسقط من على حافة المجرفة ، وانتشرت مادة تشبه دقيق الكيك إلى الخارج مثل سحابة سوداء منخفضة.

قال وهو يغلق الباب البلاستيكي بسوستة: “أنت لا تريد أن تستنشقه ، لذا سأغلق هذا”.

علم معلق في المقدمة مع سلة مهملات بلاستيكية كبيرة مغبرة في الخلفية.

صندوق الثرى لمختبر Swamp Works في عام 2019.

(جاكوب إم لانجستون / للوقت)

جزيئات الغبار المحاكاة – تمامًا مثل الشيء الحقيقي – دقيقة جدًا لدرجة أنها يمكن أن تعلق في رئتيك. لحماية أنفسهم ، يتبع الباحثون الذين يدخلون صناديق كبيرة قواعد إدارة السلامة والصحة المهنية ويرتدون ملابس واقية كاملة مع أغطية رأس وقفازات وجهاز تنفس. حتى مدبرة المختبر التي جرفتها كانت ترتدي جهاز التنفس الصناعي.

ومع ذلك ، وجد مولر غبارًا بين أصابع قدميه بعد يوم في سلة المهملات الكبيرة.

قال: “حتى في البدلة ، تنتشر في كل مكان”.

علق مولر أثناء قيادته لجولة في المختبر في عام 2019. وبعد ثلاث سنوات ، لا تزال التحديات التي يمثلها غبار القمر قائمة – ولا يزال من غير الممكن تكرارها بالكامل في سلة المهملات الكبيرة.

العمود الأول

عرض لسرد القصص المقنع من Los Angeles Times.

كلما زاد حجم الصاروخ ، زادت خطورة التكتل ، مما يعني أن الغبار والحصى وصخور القمر التي تم إلقاؤها أثناء الهبوط أو الإقلاع ستنتقل بسرعات أعلى بكثير مما كانت عليه أثناء مهمات أبولو.

فيديو هبوط أبولو على سطح القمر لا ينصفه تمامًا. يُظهر المنظر من النافذة الجانبية التجريبية للمركبة القمرية أثناء مهمة أبولو 15 في عام 1971 ضبابًا فقط بينما تهب طبقة الغبار.

ولكن عندما بدأ Metzger في تشغيل المحاكاة الحاسوبية ، أصبحت المشكلة واضحة تمامًا. أفضل تخمين للباحثين حتى الآن هو أن الجسيم بحجم الغبار وحده يمكنه السفر بين 2236 ميلاً في الساعة و 6710 ميلاً في الساعة. تتحرك الجسيمات الأكبر بشكل أبطأ ، ولكن لا يوجد شيء لتعطس – يمكن للجسيمات بحجم الحصاة أن تسافر بسرعة تصل إلى 67 ميلاً في الساعة.

وقال ميتزجر إن المسبار الذي يبلغ وزنه 40 طناً يمكن أن ينثر الغبار بنسبة 50٪ أسرع من مسبار أبولو بسبب وزنه الثقيل.

“إذا كانت لديك مركبة فضائية في مدار قمري منخفض وإذا حدث ذلك في الوقت المناسب … [the dust] يمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة للبصريات والأسطح الحساسة الأخرى – لدرجة أن الأدوات الحساسة يمكن أن تتلف من خلال تعريض واحد فقط “.

يشكل الغبار مشكلة خاصة للقواعد القمرية. من الناحية المثالية ، ستهبط البعثات المأهولة في المستقبل بالقرب من قاعدة قمرية لتقليل وقت سفر رواد الفضاء بين المركبة الفضائية ووحدة الإقامة. لكن هذا يعني عمليات هبوط متكررة حول أجهزة ثمينة.

رجل يقف بجانب صاروخ نموذجي.

فيليب ميتزجر ، عالم الكواكب بجامعة سنترال فلوريدا وأحد مؤسسي ناسا المتقاعد لشركة Swamp Works ، في هذه الصورة لعام 2019.

(جاكوب إم لانجستون / للوقت)

قال ميتزجر: “إنه ليس مجرد عرض واحد”. “من المحتمل أن نحصل على 20 إلى 30 تعرضًا للنسف الرملي.”

تتمثل إحدى طرق تقليل الضرر في بناء منصة هبوط بحيث يكون للصاروخ منطقة ناعمة وأرضية مستقرة للعمل عليها. ولكن كيف يتم نقل جميع مواد البناء إلى القمر؟

وهنا يأتي دور أبحاث Swamp Works.

لسنوات ، كان الفريق يجرب طرقًا لاستخدام غبار القمر والحصى – نعم ، نفس تلك التي تسبب كل هذه المشاكل – لبناء منصة هبوط.

أفضل المواد أداءً هي ما يسمى بالثرى الملبد ، وهو عبارة عن نسخة مسحوقية من الصخور تذوب بدرجة كافية لربط كل شيء معًا ولكن ليس كثيرًا بحيث يصبح زجاجًا هشًا. تختلف درجة حرارة الانصهار الدقيقة اعتمادًا على نوع المعدن ، مما يعني أن الباحثين سيحتاجون إلى عينات من مواقع الهبوط المحتملة لضمان تطابق حساباتهم.

في غضون ذلك ، فهم يعملون على تحديد كيفية استخدام هذا الريجوليت الملبد في بناء الأشياء. خلال جولة Swamp Works ، أخرج مولر ما بدا أنه فطيرة لحم بقر. كانت هذه أول محاولة للفريق باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لابتكار شيء ما باستخدام غبار القمر المحاكي المسحوق ؛ ولكن في السنوات اللاحقة ، طور الباحثون العمود المدلفن بدقة – وهو مخروط ملفوف كبير يمكن أن يكون بمثابة سقف وعجلات وحتى أرضيات مثل الحجارة التي يمكن أن تلتصق ببعضها البعض.

يظهر رجل هيكل يشبه الساعة الرملية يحمل أنواعًا مختلفة من الغبار.

يوضح روبرت بي مولر ، كبير التقنيين والمؤسس المشارك لشركة Swamp Works ، أنواعًا مختلفة من محاكاة الغبار في عام 2019.

(جاكوب إم لانجستون / للوقت)

قال مولر مؤخرًا عن مهبط دائم: “هذا حل طويل الأمد”.

إن فكرة استخدام الموارد الموجودة في الأجسام الكوكبية لسكن الإنسان ليست جديدة. هذا ما أطلق فكرة التنقيب عن القمر أو المريخ بحثًا عن العناصر التي يمكن أن تجعل الصواريخ دافعة ، والتي من شأنها أن تسمح بمزيد من الاستكشاف دون حمل وقود إضافي.

ليس كل من في ناسا مقتنعًا بأن منصة الهبوط المصنوعة من القمر هي السبيل للذهاب.

أولاً ، سيكون صنعه مكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً. وإذا ذهبت مهمة إلى مواقع متعددة على القمر ، فقد لا يكون من المنطقي بناء منصات هبوط في كل مكان. لهذا السبب تبحث Swamp Works أيضًا في أفكار قصيرة المدى ، مثل البوليمر السائل الذي يمكن للعربات الجوالة الصغيرة رشه ومعالجته بالأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس إلى منطقة هبوط مؤقتة.

قال مولر: “فكر في الأمر كمطار به مدرج عشبي ، مقابل مطار به مدارج إسمنتية”. “هذا مستوى مختلف من التخفيف ، ولن يكون دائمًا – فقد يستمر لهبوط واحد أو اثنين.”

عامل يجرف غبار البازلت في سلة مهملات بينما يرتدي غطاء واق.

عامل يفكك تمثالًا مصنوعًا من محاكاة غبار القمر مع اقتراب عاصفة استوائية من مختبر Swamp Works في عام 2019.

(جاكوب إم لانجستون / للوقت)

سيحاول المسبار Starship الهبوط على القمر في وقت لاحق من هذا العقد دون منصة هبوط عن طريق تحريك محركات الدفع فوق الجزء العلوي من الصاروخ لمحاولة تقليل عمود الغبار.

علاوة على ذلك ، فإن أبحاث الفريق لها آثار تتجاوز البرنامج القمري. هناك أيضًا غبار على سطح المريخ.