علماء أميركيون يدرسون تربة المريخ لإنتاج خامات لرواد الفضاء
ماكينات عملاقة لاستخراج الوقود من الكوكب
ماكينات عملاقة لاستخراج الوقود من الكوكب
لندن:
تخيل هذا السيناريو: العام 2030 او حوالي تلك الفترة، وبعد رحلة ستة شهور من الارض تصل أنت ورواد فضاء آخرون الى المريخ في أول رحلة تطأ فيها قدم الانسان كوكب المريخ. تخيل ايضا انك تقف على سطح عالم خارجي غريب، ترابه أحمر اللون وتلاحظ بعد قليل وجود أدوات تعدين تركتها كائنات روبوتية سابقة حطت على ظهر المريخ. وأخيرا تخيل في ذهنك الكلمات والعبارات الاخيرة التي وردت من مركز القيادة والتحكم: «مهمتكم هي العودة الى الارض، مستخدمين، بقدر الإمكان، الوقود والاوكسجين الذي استخرجتموه من رمال المريخ. حظا سعيدا».
* خامات المريخ
* وربما تبدو فكرة استخراج مواد خام من كوكب رملي صخري بسيطة، فنحن نفعل ذلك في الارض، لماذا لا نفعل ذلك في المريخ ايضا؟ المسألة ليست بهذه البساطة. ويهتم ميدان فيزياء الحبيبات بالاسم الذي يحمله، ابتداء من لب الحبوب الى حبيبات الرمل وحتى طحين البن. وهذه مواد نراها في حياتنا اليومية العادية، إلا ان هذه المواد تكون احيانا على شكل صلب واحيانا اخرى تبدو في صورة سوائل. وتخيل الآن شاحنة مليئة بالحصباء. عندما تنعطف الشاحنة تظل هذه الحبيبات في صورة كوم صلب الى ان تتحول في زاوية محددة لتتدفق فجأة وكأنها نهر من الحبيبات.
وفهم فيزياء الحبيبات ضروري لتصميم الماكينات الصناعية المخصصة للتعامل مع كميات كبيرة من المواد الصلبة الدقيقة مثل رمال المريخ الناعمة. إلا ان المشكلة تكمن في ان المصانع، حتى هنا في الارض، لا تعمل بصورة جيدة لأننا لا نفهم معادلات المواد الحبيبية كما نفهم معادلات المواد السائلة والغازات، كما يقول جيمس جنكينز، استاذ الميكانيكا النظرية والتطبيقية في جامعة كورنيل بنيويورك. ويعتقد جنكينز ان هذا هو السبب في ان المصانع التي تعمل بطاقة الفحم تعمل بفعالية اقل وتعاني من معدلات كفاءة متدنية جدا مقارنة بالمصانع التي تعمل بالطاقة المشتقة من الوقود السائل او الغاز. وينقل موقع «ناسا» الفضائي عن جنكينز تساؤله الكبير: «هل نفهم عمليات معالجة الحبيبات على نحو كاف يمكننا من تطبيقها على ظهر كوكب المريخ؟».
ولا يعرف العلماء بالضبط ما سيحصل عند الحفر. ويتساءل شتاين سْتيور، بروفسور الهندسة المدنية والبيئية والمعمارية ومساعد رئيس جامعة كولورادو في بولدر: هب أننا بدأنا أولا بالحفر. واذا حفرت خندقا على سطح المريخ، كم يمكن المضي في تعميقه بدون أن تنحني الحافات وتنهار إلى الداخل؟ ليس هناك أي جواب على هذا السؤال بعد، حتى الوقت الذي تعرف فيه طبيعة طبقات التربة والصخور في المريخ بشكل جيد حتى الآن.
ويمكن توفر قدر من المعلومات عن تركيب متر واحد تقريبا من سمك تربة المريخ، وذلك من خلال رصد موجات الرادار لها انطلاقا من الأرض أو باستخدام أي وسائل صوتية أخرى. ولكن لمعرفة أي طبقة أعمق من ذلك، فإن العلماء بحاجة إلى أخذ عينات منها.
* حفر التربة
* وستكون مركبة وكالة ناسا «فينيكس مارس» التي ستهبط على سطح المريخ عام 2008 قادرة على حفر خنادق يبلغ عمقها نصف متر، بينما سيكون «المختبر العلمي» الفضائي الذي سيهبط على سطح المريخ عام 2009 قادرا على قطع صخور هناك. وكلتا الرحلتين ستوفران معلومات ثمينة جديدة.
وللغور أعمق يطور ستيور الآن مع مركز جامعة كولورادو للإنشاء الفضائي، حفارات مبتكرة تقوم نهاياتها بالاهتزاز فوق سطح التربة. ويساعد الخض الناجم عن عملها على تكسير الأواصر الرابطة للتربة. وهي قادرة أيضا على المساعدة في تقليل مخاطر انهيار التربة. وقد ترسل مكائن من هذا النوع إلى القمر أيضا. المشكلة الثانية هي «القواديس» التي يستخدمها عمال المناجم لصب الرمل والحصى في أحزمة تحويل لغرض معالجتها. وستكون معرفة تربة المريخ مهمة جدا لتصميم أكثر القواديس التي لا تتطلب صيانة وتبلغ فعاليتها أعلى درجة ممكنة. وقال جنكينز «نحن لا نعرف لمَ تتوقف القواديس عن العمل. على سطح الأرض هناك مطرقة قريبة من كل قادوس ومن خلال الطرق على القادوس يتم تحريره من الانشداد والكف عن الحركة». لكن في المريخ حيث لن يكون إلا عدد قليل من الأفراد يعتنون بالأجهزة، تكون الحاجة ملحة إلى قواديس تعمل أفضل من ذلك. ولذلك فإن جنكينز وزملاءه يبحثون الآن عن السبب الذي يجعل الجسيمات المحببة تسبب توقف الحركة داخل القواديس.
ثم هناك مشكلة النقل: فلم تواجه عربتا المريخ «سبيريت» و«أبورتونيتي» مشاكل في التنقل أميالا حول موقعي هبوطهما منذ عام 2004. لكن حجم تلك العربتين لا يتجاوز حجم المكتب المتوسط ولا يتجاوز وزنها وزن رجل راشد. لذلك فهي صغيرة جدا مقارنة بتلك العربات العملاقة التي ستقوم بنقل أطنان من الرمل والصخور على سطح المريخ. وستواجهها مهمات صعبة جدا هناك.
هذا المتطلب يشير ضمنا الى ان المركبة اللازمة لحمل شحنات ثقيلة ربما تكون بها عجلات يتراوح قطرها بين 4 و6 امتار، وربما يكون بها دواسات معدنية مثل الرافعات التي تستخدم في بناء الطرق السريعة والحوامات القمرية التي استخدمت خلال برنامج ابولو على سطح القمر. لذا فإن هذا النوع من المركبات يبدو واعدا في نقل أحمال ثقيلة. التحدي الاخير الذي يواجه فيزياء الحبيبات يتمثل في التوصل الى كيفية الإبقاء على الاجهزة في حالة عمل مستمر في العواصف الترابية الموسمية على ظهر المريخ، علما بأن سرعة عواصف المريخ الترابية تصل الى 100 ميل في الساعة لتغطي اي سطح مكشوف وتدفن أي بنى مكشوفة سواء كانت طبيعية او من صنع الانسان، كما انها تتسبب في خفض مستوى الرؤية الى بضعة امتار فقط. ويعكف جنكينز وعلماء آخرون على دراسة فيزياء الرياح وانتقال الرمل والغبار على سطح الارض، وذلك بغرض التوصل الى فهم المعلومات الخاصة بتكون وحركة الكثبان الرملية على سطح المريخ والتأكيد على حماية أماكن العيش اللاحقة من الرياح.
تخيل هذا السيناريو: العام 2030 او حوالي تلك الفترة، وبعد رحلة ستة شهور من الارض تصل أنت ورواد فضاء آخرون الى المريخ في أول رحلة تطأ فيها قدم الانسان كوكب المريخ. تخيل ايضا انك تقف على سطح عالم خارجي غريب، ترابه أحمر اللون وتلاحظ بعد قليل وجود أدوات تعدين تركتها كائنات روبوتية سابقة حطت على ظهر المريخ. وأخيرا تخيل في ذهنك الكلمات والعبارات الاخيرة التي وردت من مركز القيادة والتحكم: «مهمتكم هي العودة الى الارض، مستخدمين، بقدر الإمكان، الوقود والاوكسجين الذي استخرجتموه من رمال المريخ. حظا سعيدا».
* خامات المريخ
* وربما تبدو فكرة استخراج مواد خام من كوكب رملي صخري بسيطة، فنحن نفعل ذلك في الارض، لماذا لا نفعل ذلك في المريخ ايضا؟ المسألة ليست بهذه البساطة. ويهتم ميدان فيزياء الحبيبات بالاسم الذي يحمله، ابتداء من لب الحبوب الى حبيبات الرمل وحتى طحين البن. وهذه مواد نراها في حياتنا اليومية العادية، إلا ان هذه المواد تكون احيانا على شكل صلب واحيانا اخرى تبدو في صورة سوائل. وتخيل الآن شاحنة مليئة بالحصباء. عندما تنعطف الشاحنة تظل هذه الحبيبات في صورة كوم صلب الى ان تتحول في زاوية محددة لتتدفق فجأة وكأنها نهر من الحبيبات.
وفهم فيزياء الحبيبات ضروري لتصميم الماكينات الصناعية المخصصة للتعامل مع كميات كبيرة من المواد الصلبة الدقيقة مثل رمال المريخ الناعمة. إلا ان المشكلة تكمن في ان المصانع، حتى هنا في الارض، لا تعمل بصورة جيدة لأننا لا نفهم معادلات المواد الحبيبية كما نفهم معادلات المواد السائلة والغازات، كما يقول جيمس جنكينز، استاذ الميكانيكا النظرية والتطبيقية في جامعة كورنيل بنيويورك. ويعتقد جنكينز ان هذا هو السبب في ان المصانع التي تعمل بطاقة الفحم تعمل بفعالية اقل وتعاني من معدلات كفاءة متدنية جدا مقارنة بالمصانع التي تعمل بالطاقة المشتقة من الوقود السائل او الغاز. وينقل موقع «ناسا» الفضائي عن جنكينز تساؤله الكبير: «هل نفهم عمليات معالجة الحبيبات على نحو كاف يمكننا من تطبيقها على ظهر كوكب المريخ؟».
ولا يعرف العلماء بالضبط ما سيحصل عند الحفر. ويتساءل شتاين سْتيور، بروفسور الهندسة المدنية والبيئية والمعمارية ومساعد رئيس جامعة كولورادو في بولدر: هب أننا بدأنا أولا بالحفر. واذا حفرت خندقا على سطح المريخ، كم يمكن المضي في تعميقه بدون أن تنحني الحافات وتنهار إلى الداخل؟ ليس هناك أي جواب على هذا السؤال بعد، حتى الوقت الذي تعرف فيه طبيعة طبقات التربة والصخور في المريخ بشكل جيد حتى الآن.
ويمكن توفر قدر من المعلومات عن تركيب متر واحد تقريبا من سمك تربة المريخ، وذلك من خلال رصد موجات الرادار لها انطلاقا من الأرض أو باستخدام أي وسائل صوتية أخرى. ولكن لمعرفة أي طبقة أعمق من ذلك، فإن العلماء بحاجة إلى أخذ عينات منها.
* حفر التربة
* وستكون مركبة وكالة ناسا «فينيكس مارس» التي ستهبط على سطح المريخ عام 2008 قادرة على حفر خنادق يبلغ عمقها نصف متر، بينما سيكون «المختبر العلمي» الفضائي الذي سيهبط على سطح المريخ عام 2009 قادرا على قطع صخور هناك. وكلتا الرحلتين ستوفران معلومات ثمينة جديدة.
وللغور أعمق يطور ستيور الآن مع مركز جامعة كولورادو للإنشاء الفضائي، حفارات مبتكرة تقوم نهاياتها بالاهتزاز فوق سطح التربة. ويساعد الخض الناجم عن عملها على تكسير الأواصر الرابطة للتربة. وهي قادرة أيضا على المساعدة في تقليل مخاطر انهيار التربة. وقد ترسل مكائن من هذا النوع إلى القمر أيضا. المشكلة الثانية هي «القواديس» التي يستخدمها عمال المناجم لصب الرمل والحصى في أحزمة تحويل لغرض معالجتها. وستكون معرفة تربة المريخ مهمة جدا لتصميم أكثر القواديس التي لا تتطلب صيانة وتبلغ فعاليتها أعلى درجة ممكنة. وقال جنكينز «نحن لا نعرف لمَ تتوقف القواديس عن العمل. على سطح الأرض هناك مطرقة قريبة من كل قادوس ومن خلال الطرق على القادوس يتم تحريره من الانشداد والكف عن الحركة». لكن في المريخ حيث لن يكون إلا عدد قليل من الأفراد يعتنون بالأجهزة، تكون الحاجة ملحة إلى قواديس تعمل أفضل من ذلك. ولذلك فإن جنكينز وزملاءه يبحثون الآن عن السبب الذي يجعل الجسيمات المحببة تسبب توقف الحركة داخل القواديس.
ثم هناك مشكلة النقل: فلم تواجه عربتا المريخ «سبيريت» و«أبورتونيتي» مشاكل في التنقل أميالا حول موقعي هبوطهما منذ عام 2004. لكن حجم تلك العربتين لا يتجاوز حجم المكتب المتوسط ولا يتجاوز وزنها وزن رجل راشد. لذلك فهي صغيرة جدا مقارنة بتلك العربات العملاقة التي ستقوم بنقل أطنان من الرمل والصخور على سطح المريخ. وستواجهها مهمات صعبة جدا هناك.
هذا المتطلب يشير ضمنا الى ان المركبة اللازمة لحمل شحنات ثقيلة ربما تكون بها عجلات يتراوح قطرها بين 4 و6 امتار، وربما يكون بها دواسات معدنية مثل الرافعات التي تستخدم في بناء الطرق السريعة والحوامات القمرية التي استخدمت خلال برنامج ابولو على سطح القمر. لذا فإن هذا النوع من المركبات يبدو واعدا في نقل أحمال ثقيلة. التحدي الاخير الذي يواجه فيزياء الحبيبات يتمثل في التوصل الى كيفية الإبقاء على الاجهزة في حالة عمل مستمر في العواصف الترابية الموسمية على ظهر المريخ، علما بأن سرعة عواصف المريخ الترابية تصل الى 100 ميل في الساعة لتغطي اي سطح مكشوف وتدفن أي بنى مكشوفة سواء كانت طبيعية او من صنع الانسان، كما انها تتسبب في خفض مستوى الرؤية الى بضعة امتار فقط. ويعكف جنكينز وعلماء آخرون على دراسة فيزياء الرياح وانتقال الرمل والغبار على سطح الارض، وذلك بغرض التوصل الى فهم المعلومات الخاصة بتكون وحركة الكثبان الرملية على سطح المريخ والتأكيد على حماية أماكن العيش اللاحقة من الرياح.
تعليق