ما مدى صعوبة الهبوط على المريخ؟

في صباح يوم الاثنين 6 أغسطس، سيحدث أحد أعظم الأحداث في تاريخ استكشاف الفضاء والنظام الشمسي؛ سيهبط المختبر المتنقل "كيوريوسيتي" على أرض المريخ، في عملية مستقلة هي الأكثر تعقيدًا على الإطلاق.

تم نشر المقال لأول مرة على مدونة يوآف لاندسمان الكتلة الحرجة.

في صباح يوم الاثنين 6 أغسطس، سيحدث أحد أعظم الأحداث في تاريخ استكشاف الفضاء والنظام الشمسي؛ سيهبط المختبر المتنقل "كيوريوسيتي" على أرض المريخ، في عملية مستقلة هي الأكثر تعقيدًا على الإطلاق.

تم استثمار 2.5 مليار دولار في برنامج MSL (مختبر علوم المريخ) الذي يشمل المركبة الأرضية "كيوريوسيتي"، والتوقعات بشأنه عالية جداً. إن قدرته على جمع وتحليل المعلومات حول تكوين التربة وبيئة المريخ يمكن مقارنتها بقدرة الجيولوجي الذي يحمل معه مختبرًا كاملاً. بالإضافة إلى ذلك، فإن القدرة الهندسية التي تتيح مثل هذه المهمة المعقدة غير مسبوقة، وتقربنا خطوة مهمة أخرى من رحلة استكشافية مأهولة إلى الكوكب الأحمر.

قبل أن أضيف المزيد من الكلمات، يرجى مشاهدة الفيديو الذي يوضح التحدي غير المسبوق المتمثل في هبوط كيوريوسيتي على سطح المريخ. يعد هذا أفضل فيديو تقني لوكالة ناسا تم إصداره للجمهور حتى الآن:
حسنًا، ليس من السهل الهبوط على المريخ، ولكن تم القيام بذلك عدة مرات، أليس كذلك؟ إذن ما هي القصة هنا بالضبط؟

حسنًا، لتوضيح مستوى التحدي، يمكنك فحص التاريخ الرائع للرحلات إلى المريخ. إنها هنا، خارج نطاق الحظيرة.

لقطة افتتاحية
بدأ سباق الفضاء دفعة واحدة في أكتوبر 1957 عندما تم إطلاق أول قمر صناعي "سبوتنيك-1" بنجاح في مدار حول الأرض. وفي غضون سنوات قليلة فقط، تحققت قفزة تكنولوجية هائلة في كل من الصواريخ وتكنولوجيات الفضاء وعلومه، مدفوعة بالوسائل السياسية القوية التي استخدمتها الحرب الباردة.
يتذكر الكثيرون أن السوفييت أطلقوا أول رجل إلى الفضاء في أبريل/نيسان 1961. وبعد شهر، أطلق الأمريكيون أيضًا رجلاً إلى الفضاء (بالمناسبة، رحلة شبه مدارية فقط). ما نادرًا ما يُذكر هو أنه حتى قبل رحلة يوري جاجارين الشهيرة، تمكن الروس من تصوير الجانب البعيد من القمر وحتى الهبوط عليه (المصطلح الأكثر دقة هو "اضربه")، وأطلقوا مركبتين فضائيتين إلى المريخ ومركبتين فضائيتين. إلى كوكب الزهرة (محاولات انتهت بثلاث عمليات إطلاق فاشلة وخسارة مركبة فضائية واحدة). على الرغم من فشل منصات الإطلاق، فإن تصميم وإنتاج المركبات الفضائية إلى الكواكب الأخرى يعد إنجازًا في حد ذاته، وهو ما لم يقترب منه الأمريكيون حتى.

سباق العقبة
كان الأمريكيون أول من مروا بالقرب من المريخ والتقطوا الصور بالمركبة الفضائية الآلية مارينر-4 في نهاية عام 1964، بعد فشل إطلاق مارينر-3 قبل نصف عام بسبب الفشل في فتح مظلة الإطلاق. في هذه الأثناء، تمكن السوفييت من إطلاق ثلاث مركبات فضائية أخرى إلى المريخ إلى جانب المركبتين المذكورتين سابقًا، فشلت اثنتان منها في مغادرة المدار حول الأرض، وفقدت واحدة في الفضاء بعد انقطاع الاتصال اللاسلكي بسبب عطل.

استمر السباق. أرسل السوفييت Zond-2 بعد يومين من Mariner-4، وهذه المرة كان مداره مثاليًا لمرور قريب لطيف من المريخ... لكن الاتصال انقطع قبل التقاط الصور.
لعدة سنوات، لم يتم إطلاق أي مركبات فضائية إضافية إلى المريخ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تركيز القوى على إطلاق الأقمار الصناعية العسكرية، وعلى البرامج المأهولة، وعلى برامج استكشاف القمر، وعلى العديد من المحاولات للوصول إلى كوكب الزهرة. محاولات كثيرة وفشل كثير.

في أوائل عام 1969، أطلقت الولايات المتحدة مارينر 6 و7 بفارق ثلاثة أيام إلى المريخ. والمثير للدهشة أن الاتحاد السوفييتي أطلق اثنتين من مركباته الفضائية في نفس الوقت بالضبط إلى نفس الوجهة. كان هناك اختلافان بين المهام؛ أحدهما هو اختبار النتيجة، حيث أنتج الأمريكيون حوالي 200 صورة لمناطق مختلفة من المريخ من المركبتين الفضائيتين، بينما فشلت المركبتان الفضائيتان السوفيتيتان في الإطلاق. والثاني هو أنه بينما أطلق الأمريكيون مركبتين فضائيتين للتحليق بالقرب من الكوكب الأحمر، قام السوفييت ببناء مركبة فضائية مصممة للبقاء في مدار حول الكوكب الأحمر.
إن القرب من أوقات الإطلاق ليس من قبيل الصدفة، لأنه يتأثر بالموقع الهندسي للمريخ والأرض، والذي يصل إلى الموقع الأمثل للإطلاق فقط في أوقات محددة للغاية.

الإنجازات مقابل الابتكار
وبعد مرور عامين، في مايو 1971، يبدو أن الجهود قد وصلت إلى ذروتها، وكذلك الإنجازات:
البداية ستبدو مألوفة لكم، الأمريكان يلحقون بالركب ويطلقون مارينر 8، وهي مركبة مدارية إلى مدار المريخ، لكن الإطلاق فشل...

بعد يومين، أطلق السوفييت كوزموس-419، وهذه المرة - ملاحظة - مركبة هبوط... والتي تفشل في مغادرة مدار الأرض وتحترق عند عودتها إلى الغلاف الجوي.

من الصعب بالنسبة لي أن أتخيل كيف يمكنهم الاستمرار بعد الكثير من الإخفاقات... ولكن عندما يكون هناك نفوذ سياسي، تكون هناك ميزانية وحافز.

في نفس الشهر، أطلق الاتحاد السوفييتي المريخ 2 و3، وهما مركبتان فضائيتان متماثلتان تشتمل كل منهما على مسبار ومركبة هبوط، وأطلق الأمريكيون المسبار مارينر 9. قدمت مركبات المريخ 2 و3 بعض الصور، لكن مركبات الهبوط لم تعمل كما هو مخطط لها: احترقت مركبة الهبوط مارس 2 عند دخولها الغلاف الجوي للمريخ وهبطت مركبة المريخ 3، لكنها فقدت الاتصال بعد أقل من 20 ثانية على الأرض. تمكنت من نقل صورة مجزأة لا يمكن استنتاج أي شيء منها. ومن الجدير بالذكر أن كلا المسبارين كانا يحتويان على ذراع آلية ومركبة صغيرة كان من الممكن أن تتحرك على بعد حوالي 15 مترًا من المسبار، إذا كانت المسبارتان قادرتان على العمل (في الواقع كانت أول مركبة متجولة على المريخ).

ومن ناحية أخرى، حقق مارينر 9 نجاحًا كبيرًا في إنتاج آلاف الصور ورسم خرائط شبه كاملة للمريخ. وقد سمي باسمها وادي المريخ الضخم والشهير، فاليس مارينريس، الذي يمتد لمسافة أكثر من 4,000 كيلومتر.

قصا
في صيف عام 1973، أطلق الاتحاد السوفييتي أربع مركبات فضائية (!) إلى المريخ: المريخ 4 و5 كان لهما مداران متطابقان، الأولى أخطأت الكوكب والثانية نجحت بل نجت عدة أيام في مدار حولها. كان المريخ 6 و7 من الهبوط، حيث تحطمت الأولى أثناء محاولة الهبوط والثانية أخطأت المريخ وضاعت في الفضاء. ربما لاحظت أن المريخ لا يتوافق جيدًا مع المركبات الفضائية السوفيتية الصنع. لقد سجلوا أرقامًا قياسية غير مسبوقة على كوكب الزهرة بالتحديد.

في صيف عام 1975، أطلقت الولايات المتحدة مركبتي فايكنغ الفضائيتين المكونتين من مسبار ومركبة هبوط، ونجحت كلتاهما في مهمتهما بما يتجاوز خطة المهمة. لقد ظلوا على قيد الحياة لعدة سنوات، وخاصة المركبة الفضائية Viking-2، التي نقلت أكثر من 50,000 صورة لمسار سطح المريخ. كانت عمليات الإنزال نفسها كبيرة ومتطورة في ذلك الوقت، وتضمنت مختبرًا لتحليل المواد ومغرفة لجمع عينات التربة.

عندما اختاروا منطقة هبوط الفايكنج، كانوا خائفين من الهبوط على منحدر، أو في منطقة بها صخور، أو في أي مكان غير مسطح تمامًا، لذلك قاموا بإنزال الإنزالات في مواقع "مملة" جيولوجيًا. على الرغم من أن بقاء مركبة الهبوط على قيد الحياة هو الأهم، إلا أنه كان من الواضح أنه يجب أن يكون لدينا مركبة هبوط قادرة على الحركة.

تقدم تكنولوجي
في يوليو/تموز 1988، أطلق الاتحاد السوفييتي مركبتين فضائيتين تضم كل واحدة منهما مسبارًا إلى المريخ ومركبة هبوط على القمر فوبوس! لسوء الحظ، فُقد فوبوس-1 في الطريق، وعانى فوبوس-2 من عطل في الكمبيوتر أو الاتصالات قبل لحظات من الهبوط على فوبوس.
وفي عام 1992، أرسل الأمريكيون المركبة الفضائية مارس أوبزرفر (Mars Observer) المتطورة، والتي فُقدت قبل وقت قصير من وصولها إلى وجهتها.

وفي نوفمبر 1996، تم إطلاق مركبتين فضائيتين إلى المريخ. إحداهما أميركية، وهي المركبة الفضائية مارس جلوبال سيرفيور، والتي أكملت مهمة موسعة لرسم الخرائط والمسح بدقة محسنة، وتم تمديد مهمتها ثلاث مرات حتى انتهت في عام 2006. والأخرى هي مهمة المريخ 96 الروسية، والتي تضمنت مركبة فضائية. ومركبتا هبوط ومرتطمان من المفترض أن يخترقا الأرض بعمق 5-6 أمتار. مهمة طموحة وخاصة، ولكن لكي تستكشف المريخ، عليك أولاً أن تكون قادرًا على مغادرة الأرض... فشل الإطلاق وذهبت المهمة هباءً، آخذة معها استمرار برنامج الفضاء الروسي للعقد القادم.

في ديسمبر 1996، أطلقت الولايات المتحدة مركبة مارس باثفايندر، والتي تتضمن مركبة هبوط (سميت على اسم كارل ساجان) ومركبة سوجورنر، التي كانت أول مركبة جوالة تعمل على المريخ. واستغرقت مهمته حوالي ثلاثة أشهر. هبطت مركبة الهبوط باستخدام مظلة ومجموعة من الوسائد الهوائية لتخفيف التأثير. كان حجم القطع الناقص، وهي المنطقة التي من المتوقع أن يهبط فيها المسبار، 200 × 70 كيلومترًا. حقا ليس هبوطا دقيقا.
نزيل. تم تصويرها بواسطة مركبة الهبوط باثفايندر

وفي نهاية التسعينيات، عادت سلسلة الإخفاقات. ولم يعد الروس في السباق بعد انهيار الكتلة السوفييتية والمشاكل الاقتصادية التي تلت ذلك، ولكن لاعبين جدد بدأوا في الظهور.

في يوليو/تموز 1998، انطلقت مركبة فضائية يابانية تدعى نوزومي في مهمة إلى المريخ، ولكن في طريق غير عادي للغاية ينبغي أن يصل بها إلى هناك بعد خمس سنوات، ولكن باستثمار كمية قليلة جدًا من الوقود. تعرضت نوزومي لعاصفة شمسية وتعقدت المهمة وانتهت أخيرًا بفقدان الاتصال قبل الوصول إلى الوجهة.

في ديسمبر 1998 - يناير 1999، أطلقت الولايات المتحدة مركبتين فضائيتين إلى المريخ - مركبة المريخ المناخية التي تحطمت على الأرض بسبب خطأ في التصميم شمل الخلط بين النظام المتري والنظام الإمبراطوري (ليس لدي ما أضيفه هنا حقًا. إنها حقًا... عاجزة عن الكلام)، ومركبة Mars Polar Lander التي تحطمت أيضًا، ولكن على الأقل بسبب عطل كهربائي.

العقد الأول من القرن الحادي والعشرين - نجاحات في الغالب
في عام 2001، تم إطلاق Mars Odyssey، وهي مركبة جوالة حديثة تستمر في العمل حتى يومنا هذا وستكون بمثابة مرحل لـ Curiosity أثناء الهبوط.
عام 2003 هو العام الذي أحضرت فيه وكالة الفضاء التابعة للاتحاد الأوروبي مركبة فضائية إلى المريخ - Mars Express، والتي حملت مركبة الهبوط Beagle-2 طوال الطريق، لكنها تحطمت أثناء الهبوط. سيكون Mars Express بمثابة نسخة احتياطية للاتصالات بين كيوريوسيتي وإسرائيل.

تم إطلاق مركبتي Spirit وOpportunity الشهيرتين، وكلاهما جزء من مهمة Mars Exploration Rover، أو MER باختصار، بشكل منفصل في صيف عام 2003 وهبطتا على جوانب مختلفة من المريخ. تم تنفيذ الهبوط بشكل مشابه لـ Pathfinder، ولكن تم تقليل شكل القطع الناقص للهبوط إلى 83 × 10 كيلومترات. لا يزال الأمر بعيدًا عن الدقة، لذلك لا يزال يتعين عليهم الهبوط في مناطق واسعة خالية من العوائق.

في عام 2005، تم إطلاق المركبة الفضائية Mars Reconnaissance Orbiter، أو MRO، وهي المركبة المدارية الأكثر حداثة وتطورًا حاليًا حول المريخ. إذا كانت هناك أي مركبة فضائية قادرة على تصوير كيوريوسيتي أثناء الهبوط أو على الأرض، فهذه هي، والنية هي القيام بذلك بالطبع.

وفي عام 2007، انطلقت مركبة الهبوط الأمريكية فينيكس، التي هبطت باستخدام الصواريخ في منطقة القطب الشمالي لكوكب المريخ. مثل الفايكنج، فهي أيضًا مركبة هبوط ثابتة.

ولإغلاق الدائرة، في نوفمبر 2011، تم إطلاق مركبتين فضائيتين إلى المريخ، إحداهما أمريكية واسمها MSL وستقوم بهبوط أكبر وأحدث مركبة متجولة على المريخ بأكثر الطرق جنونًا وابتكارًا على الإطلاق والتي تم تمويلها من قبل الحكومة. والثاني صنع في روسيا، وكان اسمه فوبوس-جرونت. وكانت مهمتها طموحة أيضًا - الهبوط على القمر فوبوس وإعادة عينة من التربة منه، إلى جانب إرسال مسافر على شكل قمر صناعي صيني سيظل يدور حول المريخ. يعرف القراء القدامى أن فوبوس-غرونت قد انتشر في جنوب المحيط الهادئ في وقت سابق من هذا العام.

ملخص مؤقت: أكثر من 3 إخفاقات لكل مهمة ناجحة
كما رأيتم في الفيديو في بداية المدخل، فإن هبوط كيوريوسيتي معقد وخطير للغاية. وستكون ميزتها أن مساحة القطع الناقص للهبوط تبلغ 20 × 7 كيلومترات فقط، بحيث يمكن هبوطها داخل حفرة وبجوار جانب جبل ضخم.
يعد الوصول إلى المريخ والبقاء على قيد الحياة أثناء المرور عبر الغلاف الجوي مهمة صعبة للغاية. يعتمد كل نجاح على الدروس المستفادة من العديد من الإخفاقات، والقدرة على التعلم منها. واليوم، لم يتبق سوى جزء صغير من الميزانيات التي تم استثمارها سابقًا في برنامج الفضاء، ويكمن التحدي الذي لا يقل أهمية في استخدامها بفعالية لإنشاء مهام رائدة.
كل ما تبقى هو تعزيز أيدي أفراد مهمة MSL. أتمنى أن نحظى جميعًا بهبوط سلس وناجح.

وفي الإدخالات التالية سأصف مراحل الهبوط، بما في ذلك التفاصيل التي لا تظهر في الفيديو، ومهمة كيوريوسيتي العلمية. كل هذا في الأيام القادمة!