Iedomājieties šo scenāriju. Gads ir 2030. gads vai tā apkārtne. Pēc sešu mēnešu brauciena no Zemes jūs un vairāki citi astronauti esat pirmie cilvēki uz Marsa. Jūs stāvat svešā pasaulē, putekļaini sarkani netīrumi zem kājām, skatoties apkārt kalnrūpniecības aprīkojumam, ko nogādājuši iepriekšējie robotizētie zemnieki.
Atbalstīšana ausīs ir pēdējie misijas vadības vārdi: “Jūsu misija, ja vēlaties to pieņemt, ir atgriezties uz Zemes, ja iespējams, izmantojot degvielu un skābekli, kuru jūs atradīsit no Marsa smiltīm. Veiksmi!"
Tas izklausās pietiekami vienkārši, iegūstot izejvielas no akmeņainas, smilšainas planētas. Mēs to darām šeit, uz Zemes, kāpēc gan arī uz Marsa? Bet tas nav tik vienkārši, kā izklausās. Nekad par granulēto fiziku nekad nav.
Granulu fizika ir zinātne par graudiem, sākot no kukurūzas kauliņiem līdz smilšu graudiem un beidzot ar kafijas biezumiem. Šīs ir ikdienišķas vielas, taču tās var būt nepatīkami grūti paredzēt. Vienu brīdi viņi uzvedas kā cietas vielas, nākamais - kā šķidrumi. Apsveriet pašizgāzēju, kas pilns ar granti. Kad kravas automašīna sāk slīpumu, grants paliek cietā kaudzē, līdz noteiktā leņķī tā pēkšņi kļūst par pērkona strauju akmeņu upi.
Izpratne par granulu fiziku ir būtiska, izstrādājot rūpnieciskās mašīnas, kas paredzētas lielu daudzumu mazu cietvielu, piemēram, smalku Marsa smilšu, apstrādei.
Problēma ir tā, ka pat uz Zemes “rūpniecības iekārtas nedarbojas ļoti labi, jo mēs nesaprotam granulēto materiālu vienādojumus, kā arī šķidrumu un gāzu vienādojumus,” saka Džeimss T. Dženkins, teorētisko un lietišķā mehānika Kornela universitātē Ithakā, Ņujorkā "Tieši tāpēc ar oglēm darbināmas spēkstacijas darbojas ar mazu efektivitāti un ir augstākas atteices pakāpes, salīdzinot ar šķidrā kurināmā vai ar gāzi darbināmām spēkstacijām."
Tātad, "vai mēs pietiekami labi saprotam granulu apstrādi, lai to izdarītu uz Marsa?" viņš jautā.
Sāksim ar rakšanu: “Ja jūs izrakt tranšeju uz Marsa, cik stāvas var būt malas un palikt stabilas, neveicot urbumus?” jautā Steins Sture, civilās, vides un arhitektūras tehnikas profesors un asociētais dekāns Kolorādo universitātē Boulderā. Pagaidām nav noteiktas atbildes. Putekļaino augsņu un iežu slāņošanās uz Marsa nav pietiekami zināma.
Dažu informāciju par Marsa augsnes augšējā metra mehānisko sastāvu varētu iegūt, izmantojot uz zemes iekļūstošu radaru vai citas skaņas ierīces, norāda Sture, taču daudz dziļāk, un jums “droši vien ir jāņem kodolu paraugi”. NASA Phoenix Mars izkraušanas ierīce (nolaišanās 2008. gadā) varēs rakt tranšejas aptuveni pusmetra dziļumā; 2009. gada Mars Science laboratorija varēs izgriezt klinšu kodolus. Abas misijas sniegs vērtīgus jaunus datus.
Lai iedziļinātos vēl dziļāk, Sture (saistībā ar Kolorādo Universitātes Kosmosa būvniecības centru) izstrādā novatoriskus ekskavatorus, kuru biznesa gali vibrē augsnēs. Maisīšana palīdz saplīst saliedētās saites, kas kopā satur sablīvētas augsnes, un var arī palīdzēt mazināt augsnes sabrukšanas risku. Tādas mašīnas, kā šīs, kādu dienu varētu iet arī uz Marsu.
Vēl viena problēma ir “piltuves” - piltuvju kalnrači izmanto, lai smiltis un granti virzītu uz konveijera lentēm pārstrādei. Zināšanas par Marsa augsni būtu vitāli svarīgas, izstrādājot visefektīvākās un bez apkopes tvertnes. “Mēs nesaprotam, kāpēc tvertnes ievārās,” saka Dženkinss. Ievārījumi faktiski ir tik bieži, ka “uz Zemes katram piltuvēm ir āmurs.” Iespraužot piltuvi, atbrīvojas ievārījums. Uz Marsa, kur apkārt būtu tikai daži cilvēki, kas parasti izmanto aprīkojumu, jūs vēlaties, lai tvertnes darbotos labāk. Dženkinss un kolēģi pēta, kāpēc granulas plūst ievārījumā.
Pēc tam notiek pārvadāšana: Marsa braucējiem Spirit un Opportunity kopš 2004. gada ir bijušas nelielas grūtības nobraukt jūdzes ap savām nosēšanās vietām. Bet šie maršrutētāji ir tikai vidēja biroja galda lieluma un tikai apmēram tikpat masīvi kā pieaugušie. Tie ir mikroautobusi salīdzinājumā ar masīvajiem transporta līdzekļiem, kas, iespējams, nepieciešami, lai pārvadātu tonnas Marsa smilšu un klinšu. Lielākiem transportlīdzekļiem būs grūtāk apbraukt.
Sture skaidro: Jau 20. gadsimta 60. gados, kad zinātnieki pirmo reizi pētīja iespējamos ar saules enerģiju darbināmos maršrutus, lai sarunātu vaļēju smiltis uz Mēness un citām planētām, viņi aprēķināja, ka “maksimālais dzīvotspējīgais nepārtrauktais spiediens rites kontakta spiedienam virs Marsa augsnēm ir tikai 0,2 mārciņas uz vienu kvadrātcollu (psi) ”, it īpaši, braucot augšup vai lejup pa nogāzēm. Šo zemo skaitli apstiprina Gara un Iespēju izturēšanās.
Ritošā kontakta spiediens tikai 0,2 psi ”nozīmē, ka transportlīdzeklim jābūt vieglam vai tam jābūt tādam, lai efektīvi sadalītu kravu uz daudziem riteņiem vai kāpurķēdēm. Kontakta spiediena samazināšana ir būtiska, lai riteņi neiekļūtu mīkstā augsnē vai neizlauzt cauri duricrusts [plānām cementētu augsņu loksnēm, piemēram, plānai garozai uz vēja pūtama sniega uz Zemes] un iestrēgst. ”
Šī prasība nozīmē, ka transportlīdzeklis smagāku kravu - cilvēku, dzīvotņu, aprīkojuma - pārvietošanai varētu būt “milzīga Fellini tipa lieta ar riteņiem diametrā no 4 līdz 6 metriem (12 līdz 18 pēdām)”, saka Sture, atsaucoties uz slaveno itāļu valodu. sirreālu filmu režisors. Vai arī tai varētu būt milzīgas metāla acis ar atvērtu sietu, piemēram, krustojums starp šoseju būvniecības grāvjiem uz Zemes un Mēness roveru, ko izmantoja Apollo programmas laikā uz Mēness. Tādējādi izsekotie vai siksnas transportlīdzekļi šķiet daudzsološi lielu kravas pārvadāšanai.
Pēdējais izaicinājums, ar kuru saskaras granulētie fiziķi, ir izdomāt, kā panākt, lai iekārtas darbotos Marsa sezonālo putekļu vētru laikā. Marsa vētras caur gaisu pūta smalkus putekļus ar ātrumu 50 m / s (100+ jūdzes stundā), beržot katru atsegto virsmu, izsijājot katru plaisu, aprakojot dabiskās un cilvēka radītās atklātās struktūras un samazinot redzamību līdz metriem vai mazāk. Dženkinss un citi izmeklētāji pēta eolisko [vēja] smilšu un putekļu pārvadāšanas fiziku uz Zemes, lai izprastu kāpu veidošanos un pārvietošanos uz Marsa, kā arī lai noskaidrotu, kuras iespējamās dzīvotnes vietas varētu vislabāk aizsargāt no valdošajiem vējiem ( piemēram, lielu iežu nogulumos).
Atgriežoties pie Jenkins lielā jautājuma: "Vai mēs pietiekami labi saprotam granulu apstrādi, lai to izdarītu uz Marsa?" Nemierīgā atbilde ir: mēs vēl nezinām.
Darbs ar nepilnīgām zināšanām uz Zemes ir pieļaujams, jo parasti no šīs neziņas neviens necieš daudz. Bet uz Marsa nezināšana varētu nozīmēt samazinātu efektivitāti vai sliktāk, liedzot astronautiem iegūt pietiekami daudz skābekļa un ūdeņraža, lai elpotu vai izmantotu degvielu, lai atgrieztos uz Zemes.
Granulu fiziķi, kas analizē Marsa braucēju datus, būvē jaunas rakšanas mašīnas, tinē ar vienādojumiem, vislabāk meklē atbildes. Tā ir visa NASA stratēģijas sastāvdaļa, lai iemācītos nokļūt uz Marsu… un atkal atpakaļ.
Sākotnējais avots: [aizsargāts ar e-pastu]
