Predstavte si tento scenár. Rok je 2030 alebo iný rok. Po plavbe po šiestich mesiacoch od Zeme ste vy a niekoľko ďalších astronautov prvými ľuďmi na Marse. Stojíte na mimozemskom svete, pod nohami prašne červenú špinu a rozhliadate sa okolo hromady banských zariadení uložených predchádzajúcimi robotickými pristátiami.
V ušiach sa ozývajú posledné slová z kontroly misie: „Vašou úlohou, ak ju chcete akceptovať, je návrat na Zem - ak je to možné, pomocou paliva a kyslíka, ktoré ťažíte z piesku na Marse. Veľa štastia!"
Znie to dosť jednoducho, ťažia suroviny zo skalnatej piesočnatej planéty. Robíme to tu na Zemi, prečo nie aj na Marse? Nie je to však také jednoduché, ako to vyzerá. O granulárnej fyzike nikdy nie je nič.
Granulárna fyzika je veda o zrnách, všetko od jadier kukurice po zrná piesku až po mletú kávu. Sú to bežné každodenné látky, ale je ťažké predvídať. V jednu chvíľu sa správajú ako pevné látky, ďalšie ako kvapaliny. Zvážte sklápač plný štrku. Keď sa nákladné vozidlo začne nakláňať, štrk zostáva v pevnom hromade, až kým sa v určitom uhle náhle nestane hromovou horou.
Pochopenie zrnitej fyziky je nevyhnutné pri navrhovaní priemyselných strojov na manipuláciu s veľkým množstvom malých tuhých látok, ako napríklad jemného marťanského piesku.
Problém je, dokonca aj tu na Zemi, „priemyselné zariadenia nefungujú veľmi dobre, pretože nerozumieme rovniciam pre granulované materiály a tiež rozumieme rovniciam pre kvapaliny a plyny,“ hovorí James T. Jenkins, profesor teoretickej a teoretickej roviny. aplikovaná mechanika na Cornell University v Ithaca, NY „Preto elektrárne spaľujúce uhlie fungujú s nízkou účinnosťou a majú vyššiu mieru zlyhania v porovnaní s elektrárňami spaľujúcimi kvapalné palivo alebo plyn.“
Takže „rozumieme granulárnemu spracovaniu dosť dobre na to, aby sme to urobili na Marse?“ pýta sa.
Začnime vykopávkami: „Ak vykopávate priekopu na Marse, aké strmé môžu byť strany a zostať stabilné bez toho, aby sa na nich upustilo?“ diví sa Stein Sture, profesor stavebného, environmentálneho a architektonického inžinierstva a spolupracovník dekana na University of Colorado v Boulder. Zatiaľ neexistuje žiadna definitívna odpoveď. Vrstvenie prašných pôd a hornín na Marse nie je dosť známe.
Niekoľko informácií o mechanickom zložení takzvaného „top meter“ marťanských pôd by sa dalo získať pomocou radaru alebo iných sondážnych zariadení prenikajúcich zeme, upozorňuje Sture, ale oveľa hlbšie a „pravdepodobne musíte odobrať vzorky jadra“. Pristátie lode Phoenix Mars NASA (pristátie 2008) bude schopné kopať zákopy hlboké asi pol metra; Laboratórium Mars Science Laboratory v roku 2009 bude schopné vyrezať horniny. Obe misie poskytnú cenné nové údaje.
Aby to bolo ešte hlbšie, Sture (v spojení s Centrom pre vesmírnu výstavbu University of Colorado) vyvíja inovatívne rýpadlá, ktorých podnikanie končí vibrovaním do pôdy. Miešanie pomáha prelomiť súdržné väzby, ktoré držia stlačené zeminy pohromade, a môže tiež pomôcť zmierniť riziko zrútenia pôdy. Stroje, ako sú tieto, jedného dňa môžu ísť aj na Mars.
Ďalším problémom sú „násypky“ - baníci, ktorí používajú lieviky na navádzanie piesku a štrku na dopravné pásy na spracovanie. Pri navrhovaní najúčinnejších a bezúdržbových zásobníkov by boli dôležité znalosti o marťanských pôdach. "Nerozumieme, prečo sa násypky zasekávajú," hovorí Jenkins. Džemy sú v skutočnosti také časté, že „na Zemi má každý násypník blízko kladivo.“ Úder do zásobníka uvoľňuje zaseknutie. Na Marse, kde by bolo len málo ľudí, ktorí by sa starali o vybavenie, by ste chceli, aby násypky pracovali lepšie. Jenkins a kolegovia skúmajú, prečo sa granulárne toky zasekávajú.
A potom je tu doprava: Spirit a Opportunity spoločnosti Mars rovers mali od roku 2004 malé problémy jazdiť kilometre okolo svojich pristávacích plôch. Tieto vozítka sú však iba o veľkosti priemerného kancelárskeho stola a iba asi také masívne ako dospelí. Sú to motokáry v porovnaní s masívnymi vozidlami, ktoré sú prípadne potrebné na prepravu ton morského piesku a skaly. Väčšie vozidlá budú mať ťažšiu obchádzku.
Sture vysvetľuje: Už v šesťdesiatych rokoch, keď vedci prvýkrát študovali možné solárne poháňané rovery na vyjednávanie sypkých pieskov na Mesiaci a na iných planétach, vypočítali „že maximálny životaschopný trvalý tlak na valivý kontaktný tlak na marťanských pôdach je iba 0,2 libry na štvorcový palec (psi), “najmä pri cestách do svahu. Toto nízke číslo bolo potvrdené správaním Ducha a Príležitosti.
Valivý kontaktný tlak iba 0,2 psi “znamená, že vozidlo musí byť ľahké alebo musí mať spôsob účinného rozdelenia zaťaženia na mnoho kolies alebo koľají. Zníženie prítlačného tlaku je rozhodujúce, aby sa kolesá nerozkopali do mäkkej pôdy alebo neprelomili duricrusts [tenké vrstvy cementových pôd, ako je tenká kôra na vetrom zasneženom snehu na Zemi] a uviazli. ““
Táto požiadavka znamená, že vozidlo na prepravu ťažších bremien - ľudí, biotopov a zariadení - môže byť „obrovskou vecou typu Fellini s kolesami s priemerom 4 až 6 metrov (12 až 18 stôp)“, hovorí Sture s odkazom na slávnu taliansku režisér surrealistických filmov. Alebo by to mohlo mať obrovské kovové povrchy s otvorenými okami ako kríženec medzi rýpadlami na stavbe diaľnic na Zemi a lunárnym vozidlom používaným počas programu Apollo na Mesiaci. Pásové alebo pásové vozidlá sa teda javia ako sľubné pre prepravu veľkého užitočného zaťaženia.
Poslednou výzvou, ktorej čelia zrnití fyzici, je zistiť, ako udržať zariadenie v prevádzke prostredníctvom sezónnych prachových búrok na Marse. Marťanské búrky bičujú jemný prach vzduchom rýchlosťou 50 m / s (100+ mph), čistia každý exponovaný povrch, preosievajú do každej štrbiny, zahrabávajú vystavené štruktúry tak prirodzene, ako aj človekom, a znižujú viditeľnosť na metre alebo menej. Jenkins a ďalší vyšetrovatelia študujú fyziku aolského (veterného) transportu piesku a prachu na Zemi, aby pochopili vznik a pohyb dún na Marse a tiež zistili, ktoré miesta pre prípadné biotopy by mohli byť najlepšie chránené pred prevládajúcimi vetrami ( napríklad v závetrí veľkých hornín).
Keď sa vrátime k Jenkinsovej veľkej otázke, „rozumieme granulárnemu spracovaniu dosť dobre, aby to bolo na Marse?“ Znepokojujúca odpoveď znie: ešte nevieme.
Práca s nedokonalými znalosťami je na Zemi v poriadku, pretože obyčajne nikto netrpí touto ignoranciou. Ale na Marse by nevedomosť mohla znamenať zníženú účinnosť alebo horšie zabránenie astronautom v ťažbe dostatočného množstva kyslíka a vodíka na dýchanie alebo použitie paliva na návrat na Zem.
Granulárni fyzici, ktorí analyzujú údaje z Marsov roverov, stavajú nové kopacie stroje, pohrávajú si s rovnicami, sa snažia čo najlepšie nájsť odpovede. Súčasťou stratégie NASA je naučiť sa, ako sa dostať na Mars ... a späť.
Pôvodný zdroj: [chránený e-mailom]
