8 دقیقه
ماه از دیدگاه ظاهری دنیايي آرام و بدون جو است — بدون هوا، بدون باد، بدون توفان — اما در برابر باران مداوم و نامرئیِ میکرومتئوروییدها قرار دارد. با برنامه آرتمیس ناسا که اقامتهای بلندمدت و ایجاد یک پایگاه دائمی را هدف گرفته، پژوهشگران میکوشند میزان این "باران نامرئی" را کمیسازی کنند تا تاثير آن بر طراحی سازهها، انتخاب سایت و ایمنی فضانوردان قابل پیشبینی و مدیریت شود.
چرا ماه هميشه در معرض ضربه قرار دارد
میکرومتئوروییدها ذرات بسیار ریز سنگ و فلز هستند — اغلب کوچکتر از یک دانهٔ شن — که با سرعتهای فوقالعاده بالا حرکت میکنند، گاهی تا حدود 70 کیلومتر بر ثانیه. در زمین، جو بیشتر این ذرات را میسوزاند یا کند میکند. اما در ماه که جوی وجود ندارد تا ذرات را کاهش دهد یا تبخیر کند، هر ذرهای که به مسیر سطح برخورد کند با سرعت کامل خود به سطح میرسد و میتواند انرژی تخریبی قابلتوجهی منتقل کند.
با استفاده از مدل مهندسی مذکورهٔ ناسا، Meteoroid Engineering Model (MEM)، تیمی به سرپرستی دنیل یالومی نرخ برخوردها را برای یک پایگاه قمری فرضی به بزرگی ایستگاه فضایی بینالمللی بررسی کردند. نتایج آنها هشداردهنده است: یک زیستگاه به آن اندازه میتواند در حدود 15,000 تا 23,000 برخورد با میکرومتئورویید در سال را تحمل کند. ذرات مسئول این اصابتها از حدود یک میلیونم گرم تا ده گرم متغیرند. حتی یک دانهٔ یک میکروگرمی — که بدون بزرگنمایی غیرقابلرویت است — میتواند فلز را گود کند و توانایی ایجاد سوراخ در تجهیزات نازک را دارد و به مرور زمان مهرهها، درزها یا لایههای حرارتی را تضعیف نماید.
مقطعهای عرضی کلاسهای مختلف میکرومتئوریتها: a) دانهریز بدون ذوب؛ b) دانهدرشت بدون ذوب؛ c) اسکوریاسه؛ d) دارای ذرات بازمانده؛ e) پورفیراتی؛ f) اولیوین نواردار؛ g) کریپتوکریستالین؛ h) شیشهای؛ i) CAT؛ j) نوع G؛ k) نوع I؛ و l) تکمعدنی. به جز انواع G و I، همهٔ آنها غنی از سیلیکات بوده و "میکرومتئوروییدهای سنگی" نامیده میشوند. مقیاس میلهها 50 میکرومتر است. (Shaw Street)
فرکانس و انرژی برخوردها در سراسر سطح ماه یکنواخت نیست. مدلسازی یالومی نشان میدهد تفاوتهای جغرافیایی وجود دارد که به هندسهٔ مداری ماه و تعامل آن با جریانهای متئورییدی مربوط است. قطبهای قمری کمترین نرخهای بمباران را تجربه میکنند — عاملی مساعد برای قطب جنوب که ناسا آن را برای اردوگاه پایه آرتمیس هدفگذاری کرده است. در مقابل، نواحی نزدیک طولجغرافیایی روبهزمین (نیمکرهای که همواره به سمت زمین قرار دارد) بیشترین فلکس را دریافت میکنند. بهطور کلی، نرخ برخوردها بین آرامترین و در معرضترین مناطق حدوداً تا ضریب 1.6 تفاوت دارد که برای برنامهریزی سایت و طراحی حفاظتی اهمیت زیادی دارد.
راهبردهای حفاظتی و پیامدهای مأموریتی
حفاظت از زیستگاهها و تجهیزات مرکزیترین عنصر در عملیاتهای بلندمدت قمری خواهد بود. تیم بررسی خود را روی سپرهای آلومینیومی ویپل (Whipple) — سیستمهای چندلایهٔ ضربهگیر شبیه به آنچه در ایستگاه فضایی بینالمللی استفاده شده — متمرکز کرد تا عملکرد آنها در محیط قمری سنجیده شود. عملکرد یک سپر ویپل بر پایهٔ یک ورق خارجی فدا شونده است که ذرهٔ ورودی را خرد و تبخیر میکند و انرژی ناشی از برخورد را قبل از رسیدن به دیوارهٔ اصلی زیستگاه در سطح وسیعتری پخش مینماید.
پژوهشگران روابط ریاضیاتی استخراج کردند که پیکربندی سپر، فلکس محلی برخورد و احتمال نفوذ را به هم ارتباط میدهد. این فرمولها به مهندسان اجازه میدهد تا ضخامت و لایهبندی دقیق مورد نیاز برای کاهش ریسک سوراخشدن را تا سطوح قابلقبول محاسبه کنند، بدون اینکه جرم اضافی و گرانقیمت را از زمین به ماه ببریم — موازنهای حیاتی چون هر کیلوگرم باربرداری هزینه و پیچیدگی مأموریت را افزایش میدهد. در عمل، بهینهسازی بین جرم، هزینهٔ پرتاب و سطح حفاظت باید با مدلهای MEM و دادههای آزمایشهای هایپروِلاسیتی هماهنگ شود.
اما تنها استفاده از سپرها کافی نیست؛ راهبردهای عملیاتی نقشی برابر و در برخی موارد بزرگتر ایفا میکنند. جهتگیری ساختارها برای حداقلکردن معرضبودن، دفن ماژولها زیر رژولیت (لایهٔ خاک قمری)، استفاده از تودههای خاکی (berms) یا فضاهای زیرسطحی پیشساخته، و برنامهٔ منظم بازدید، بازرسی و نگهداری از سیستمهای حساس از مؤلفههای طراحی مقاوم به شمار میآیند. برای لباسهای فضایی و مأموریتهای پیادهروی خارج (EVA)، ایجاد افزونگی (redundancy) و کیتهای تعمیر سریع میتواند تفاوت بین یک نفوذ جزئی و یک بحران پایاندهندهٔ مأموریت باشد.
تصویر خیالی از اردوگاه پایهٔ آرتمیس. (NASA)
خطرات بلندمدت و زندگی روزمره در ماه
برای خدمهای که ماهها روی سطح ماه زندگی میکنند، اصابتهای میکرومتئوروییدها بهعنوان یک خطر پسزمینهٔ روزمره در نظر گرفته خواهد شد: صدای کوتاه و پیوستهٔ برخوردها روی پوسته، فرسایش تدریجی سطوح در معرض، و افزایش ریسک تجمعی برای نفوذ به گذرگاههای برق، کنترل حرارتی و تسهیلات پشتیبانی حیات. طراحان باید حفاظت در برابر میکرومتئورویید را در کنار اولویتهایی مانند دسترسی به یخ آب، ارتباطات قابلاعتماد با زمین و دسترسی به نور خورشید برای پنلهای خورشیدی وزنکشی کنند.
شناخت الگوهای بمباران منطقهای همچنین به برنامهریزان مأموریت کمک میکند تا سایتهایی را انتخاب کنند که حفاظت طبیعی را با اهداف علمی و ملاحظات لجستیکی به تعادل برسانند. قطبها مزیت فلکس کمتر و منابع آب-یخی را دارند؛ موقعیتهای استوایی یا نزدیک نیمکرهٔ روبهزمین ممکن است ارتباطات با زمین را آسانتر کنند اما نیاز به حفاظت سختتری دارند. در برنامهریزی بلندمدت باید پارامترهای متعدد دیگری مانند ارگونومی ساختارها، مسیرهای تدارکات، و امکان توسعهٔ پیوستهٔ پایگاه نیز لحاظ شود.
دیدگاه کارشناسی
«چه چیزی بسیاری از مهندسان را شگفتزده میکند این است که ریسک تا چه حد فراگیر است»، دکتر النا مورالس، مهندس سامانههای قمری (نمونهای فرضی) که روی مفاهیم حفاظت زیستگاهی کار کرده، میگوید. «اصابتهای میکرومتئوروییدی انفجارات دراماتیک نیستند — آنها پیوسته و تجمعیاند. شما برای هزاران برخورد ریز در طول عمر زیستگاه طراحی میکنید، نه فقط برای چند سنگ بزرگ مگر بهندرت. این دیدگاه، نحوهٔ تفکر ما دربارهٔ افزونگی، نگهداری و انتخاب مواد را تغییر میدهد.»
با حرکت آرتمیس از مرحلهٔ بازدیدهای کوتاهمدت به حضور پایدار، مدلسازی میکرومتئورویید، سپرگذاری هوشمند و انضباط عملیاتی به بخشهای بنیادی معماری قمری تبدیل خواهند شد. ماه ممکن است جوی نداشته باشد، اما بیشک چالشهای فراوانی دارد — و ذرات ریز که ما را هدف میگیرند یادآور این حقیقتاند که حتی فضای نزدیک نیز محیطی خصمانه است که باید با مهندسی و احتیاط با آن برخورد شود.
برای افزایش اطمینانپذیری سازهها، مجموعهای از راهکارهای تکمیلی پیشنهاد میشود که میتواند احتمال وقوع خسارت را کاهش دهد و قابلیت بازیابی را ارتقا دهد:
- نصب حسگرهای ضربه و پوششهای تکاملی برای تشخیص و ثبت رویدادهای برخورد؛
- آزمایشهای آزمایشگاهی هایپروولاسیتی برای ارزیابی رفتار مواد و لایهها در برابر ذرات با سرعت بالا؛
- استفاده از مواد مرکب و پوششهای چندمنظوره که هم حفاظت مکانیکی و هم عملکرد حرارتی را تأمین کنند؛
- برنامهریزی تعمیر و نگهداری دورهای، با قطعات یدکی و راهحلهای تعمیر در محل برای جلوگیری از انباشت خسارت کوچک به آسیبهای بحرانی؛
- ترکیب رویکردهای منفعل (دفن، سپرهای خاکی) و فعال (سپرهای مکانیکی، سیستمهای نصبشده) برای سطوح مختلف ساختار.
علاوه بر این، منابع ریزمادههای فضایی چندمنشأیی هستند: ذرات بینستارهای و میانسیارهای، بقایای دنبالهدارها و شهابسنگهای کوچک، و همچنین گرد و غبار حاصل از فعالیتهای بشری در مدار نزدیک و پیرامون ماه. درک ترکیب و منشاها به انتخاب مواد مناسب برای سپرها و روشهای نگهداری کمک میکند؛ برای نمونه، ذرات فلزی و سیلیکاتی رفتار متفاوتی هنگام برخورد از خود نشان میدهند که در طراحی ساختارها باید لحاظ گردد.
در سطح مدیریتی و لجستیکی، تصمیمگیری دربارهٔ میزان محافظت لازم مستلزم تحلیل هزینه-فایدهٔ دقیق است: هر افزودهٔ حفاظتی جرم و هزینهٔ پرتاب را افزایش میدهد، اما در مقابل ریسک نقصهای سرویسدهی حیاتی را کاهش میدهد. مدلهای اقتصاد مأموریت باید نهتنها هزینهٔ اولیهٔ ساخت و ارسال، بلکه هزینههای نگهداری بلندمدت، ریسکهای ایمنی و امکان توسعهٔ آتی پایگاه را لحاظ کنند.
سرآخر، آموزش خدمه و توسعهٔ رویههای عملیاتی مناسب — از سنجش مستمر فشار و یکپارچگی پوستهها تا واکنشهای سریع به نفوذهای کوچک — بخش ضروریی از راهبرد کلی ایمنی خواهد بود. مجموعهٔ این اقدامات میتواند تضمین کند که زندگی روزمره و تحقیقات علمی در سطح ماه با تحمل ریسکهای میکرومتئوروییدی ممکن و پایدار گردد.
منبع: sciencealert
نظرات
نووا_آ
خیلی خوبه که بحث پوشش و دفن مطرحه، ولی متن کمی شعاری شد، جزئیات اقتصادی و اعداد هزینه کم بود، اگه بود بهتر میشد
دانیال
توازن بین جرم اضافی و ایمنی واقعا مسئلهس. حسگرها و نگهداری مداوم انگار راهحل واقعیه، ولی اجراش سخته
استرو
تو آزمایشگاه هایپروولاسیتی دیدم، ذرات ریز واقعا میتونن لایه ها رو خراب کنن، تجربه شخصی؛ باید تعمیرپذیری و افزونگی اولویت باشه
توربو
واقعاً مدلها قابل اعتماد هستن؟ این آمار ۱۵ تا ۲۳ هزار برخورد سالیانه انگار زیاده، شواهد آزمایشی و میدانی هم هست؟
کوینکس
منطقیه، قطب جنوب انتخاب بهتریه اما هزینه محافظت هم غوغا میکنه، سوال اینه که کی جواب هزینهها رو میده
دیتاپ
وااای، فکر نمیکردم این ذرات ریز تا این حد خطرناک باشن... ۱۵ هزار ضربه در سال؟ یعنی هر هفته چند تا برخورد، عجیب و نگرانکننده
ارسال نظر