Φανταστείτε αυτό το σενάριο. Το έτος είναι το 2030 ή περίπου. Μετά από ταξίδι έξι μηνών από τη Γη, εσείς και αρκετοί άλλοι αστροναύτες είστε οι πρώτοι άνθρωποι στον Άρη. Στέκεστε πάνω σε έναν εξωγήινο κόσμο, σκονισμένο κόκκινο χώμα κάτω από τα πόδια σας, κοιτάζοντας γύρω από μια δέσμη εξοπλισμού εξόρυξης που έχει κατατεθεί από προηγούμενους ρομποτικούς εκφορτωτές.
Αντηχεί στα αυτιά σας είναι οι τελευταίες λέξεις από τον έλεγχο της αποστολής: «Η αποστολή σας, αν σας ενδιαφέρει να την αποδεχτείτε, είναι να επιστρέψετε στη Γη – εάν είναι δυνατόν χρησιμοποιώντας καύσιμο και οξυγόνο που έχετε ορυχείο από την άμμο του Άρη. Καλή τύχη!"
Ακούγεται αρκετά απλό, εξόρυξη πρώτων υλών από έναν βραχώδη, αμμώδη πλανήτη. Το κάνουμε εδώ στη Γη, γιατί όχι και στον Άρη; Αλλά δεν είναι τόσο απλό όσο ακούγεται. Τίποτα για την κοκκώδη φυσική δεν είναι ποτέ.
Η κοκκώδης φυσική είναι η επιστήμη των κόκκων, τα πάντα, από πυρήνες καλαμποκιού έως κόκκους άμμου έως καφέ. Αυτές είναι κοινές καθημερινές ουσίες, αλλά μπορεί να είναι δύσκολο να προβλεφθούν. Μια στιγμή συμπεριφέρονται σαν στερεά, η επόμενη σαν υγρά. Σκεφτείτε ένα ανατρεπόμενο φορτηγό γεμάτο χαλίκι. Όταν το φορτηγό αρχίζει να γέρνει, το χαλίκι παραμένει σε συμπαγές σωρό, έως ότου σε μια συγκεκριμένη γωνία γίνεται ξαφνικά ένας βροντής ποταμός.
Η κατανόηση της κοκκώδους φυσικής είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό βιομηχανικών μηχανημάτων για τον χειρισμό τεράστιων ποσοτήτων μικρών στερεών, όπως η λεπτή άμμος της Άρης.
Το πρόβλημα είναι, ακόμη και εδώ στη Γη "τα βιομηχανικά εργοστάσια δεν λειτουργούν πολύ καλά επειδή δεν καταλαβαίνουμε εξισώσεις για κοκκώδη υλικά, καθώς και κατανοούμε τις εξισώσεις για υγρά και αέρια", λέει ο James T. Jenkins, καθηγητής θεωρητικών και εφαρμοσμένη μηχανική στο Πανεπιστήμιο Cornell της Ιθάκης, Νέα Υόρκη «Γι 'αυτό οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα λειτουργούν με χαμηλή απόδοση και έχουν υψηλότερα ποσοστά αστοχίας σε σύγκριση με τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με υγρά καύσιμα ή με αέριο».
Έτσι, καταλαβαίνουμε την κοκκώδη επεξεργασία αρκετά καλά για να το κάνουμε στον Άρη; " ρωτάει.
Ας ξεκινήσουμε με την ανασκαφή: "Εάν σκάψετε ένα χαντάκι στον Άρη, πόσο απότομες μπορούν οι πλευρές και να παραμείνουν σταθερές χωρίς να υποχωρήσουν;" αναρωτιέται ο Stein Sture, καθηγητής πολιτικών, περιβαλλοντικών και αρχιτεκτονικών μηχανικών και συνεργάτης πρύτανης στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Boulder. Δεν υπάρχει οριστική απάντηση, όχι ακόμα. Η επίστρωση σκονισμένων εδαφών και βράχων στον Άρη δεν είναι αρκετά γνωστή.
Ορισμένες πληροφορίες σχετικά με τη μηχανική σύνθεση του άνω μέτρου ή του εδάφους του Άρη θα μπορούσαν να αποκτηθούν με ραντάρ που διεισδύει στο έδαφος ή άλλες συσκευές ήχου, επισημαίνει ο Sture, αλλά πολύ πιο βαθιά και πιθανότατα πρέπει να πάρετε δείγματα πυρήνα. Ο εκφορτωτής Phoenix Mars της NASA (προσγείωση 2008) θα είναι σε θέση να σκάψει χαρακώματα βάθους περίπου μισού μέτρου. το 2009 Mars Science Laboratory θα είναι σε θέση να αποκόψει τους πυρήνες των βράχων. Και οι δύο αποστολές θα παρέχουν πολύτιμα νέα δεδομένα.
Για να γίνει ακόμα πιο βαθιά, η Sture (σε σχέση με το Κέντρο Διαστημικής Κατασκευής του Πανεπιστημίου του Κολοράντο) αναπτύσσει καινοτόμους εκσκαφείς των οποίων οι επιχειρηματικές δραστηριότητες καταλήγουν σε εδάφη. Η ανάδευση βοηθά στη διάσπαση συνεκτικών δεσμών που συγκρατούν συμπιεσμένα εδάφη και μπορεί επίσης να βοηθήσει στον μετριασμό του κινδύνου κατάρρευσης των εδαφών. Μηχανήματα όπως αυτά μπορεί κάποια μέρα να πάνε στον Άρη.
Ένα άλλο πρόβλημα είναι η «χοάνη» - που χρησιμοποιούν οι ανθρακωρύχοι για να καθοδηγήσουν την άμμο και το χαλίκι στους μεταφορικούς ιμάντες για επεξεργασία. Η γνώση του εδάφους του Άρη θα ήταν ζωτικής σημασίας για το σχεδιασμό των πιο αποτελεσματικών χοάνων χωρίς συντήρηση. "Δεν καταλαβαίνουμε γιατί οι χοάνες μπλοκάρουν", λέει η Jenkins. Οι εμπλοκές είναι τόσο συχνές, στην πραγματικότητα, ότι «στη Γη, κάθε χοάνη έχει ένα σφυρί κοντά». Το χτύπημα στη χοάνη ελευθερώνει τη μαρμελάδα. Στον Άρη, όπου θα υπήρχαν μόνο λίγα άτομα για να τείνουν τον εξοπλισμό, θα θέλατε οι χοάνες να λειτουργούν καλύτερα από αυτό. Η Jenkins και οι συνεργάτες της ερευνούν γιατί οι κοκκώδεις ροές μπλοκάρουν.
Και έπειτα υπάρχει μεταφορά: Το Mars rover Spirit and Opportunity δεν είχε κανένα πρόβλημα να οδηγήσει μίλια γύρω από τους χώρους προσγείωσης από το 2004. Ωστόσο, αυτοί οι ταξιδιώτες αφορούν μόνο το μέγεθος ενός μέσου γραφείου γραφείου και μόνο το ίδιο τεράστιο με έναν ενήλικα. Είναι καροτσάκια σε σύγκριση με τα τεράστια οχήματα που ενδεχομένως χρειάζονται για τη μεταφορά τόνων άμμου και πετρωμάτων. Μεγαλύτερα οχήματα θα έχουν πιο δύσκολο χρόνο να μετακινηθούν.
Ο Sture εξηγεί: Ήδη από τη δεκαετία του 1960, όταν οι επιστήμονες μελετούσαν για πρώτη φορά πιθανούς ηλιακούς ηλεκτροκινητήρες για τη διαπραγμάτευση χαλαρών άμμων στη Σελήνη και σε άλλους πλανήτες, υπολόγισαν «ότι η μέγιστη βιώσιμη συνεχής πίεση για κυλιόμενη πίεση επαφής στα εδάφη του Άρη είναι μόνο 0,2 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (psi), ειδικά όταν ταξιδεύετε πάνω ή κάτω σε πλαγιές. Αυτό το χαμηλό σχήμα επιβεβαιώθηκε από τη συμπεριφορά του Πνεύματος και της Ευκαιρίας.
Η πίεση επαφής κύλισης μόνο 0,2 psi σημαίνει ότι ένα όχημα πρέπει να είναι ελαφρύ ή να έχει έναν τρόπο αποτελεσματικής κατανομής του φορτίου σε πολλούς τροχούς ή τροχιά. Η μείωση της πίεσης επαφής είναι ζωτικής σημασίας, ώστε οι τροχοί να μην σκάβουν σε μαλακό χώμα ή να διαπερνούν σκληρές επιφάνειες [λεπτά φύλλα τσιμέντου εδάφους, όπως η λεπτή κρούστα στο ανεμοδαρμένο χιόνι στη Γη] και να κολλήσουν. "
Αυτή η απαίτηση συνεπάγεται ότι ένα όχημα για τη μεταφορά βαρύτερων φορτίων - ατόμων, ενδιαιτημάτων, εξοπλισμού - μπορεί να είναι "ένα τεράστιο είδος τύπου Fellini με τροχούς διαμέτρου 4 έως 6 μέτρων (12 έως 18 πόδια)", λέει ο Sture, αναφερόμενος στα διάσημα Ιταλικά σκηνοθέτης σουρεαλιστικών ταινιών. Ή θα μπορούσε να έχει τεράστια μεταλλικά πέλματα με ανοιχτό πλέγμα, όπως ένας σταυρός μεταξύ backhoes κατασκευής αυτοκινητοδρόμων στη Γη και του σεληνιακού rover που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του προγράμματος Apollo στη Σελήνη. Έτσι, τα οχήματα με τροχιά ή με ζώνες φαίνεται πολλά υποσχόμενα για τη μεταφορά μεγάλων ωφέλιμων φορτίων.
Μια τελική πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι κοκκώδεις φυσικοί είναι να καταλάβουν πώς να διατηρούν τον εξοπλισμό σε λειτουργία μέσω των εποχιακών καταιγίδων σκόνης του Άρη. Οι καταιγίδες του Άρη κινούν λεπτή σκόνη στον αέρα με ταχύτητες 50 m / s (100+ mph), καθαρίζοντας κάθε εκτεθειμένη επιφάνεια, κοσκινίζοντας κάθε ρωγμή, θάβοντας εκτεθειμένες δομές τόσο φυσικές όσο και χειροποίητες και μειώνοντας την ορατότητα σε μέτρα ή λιγότερο. Η Jenkins και άλλοι ερευνητές μελετούν τη φυσική της αιολικής μεταφοράς αέρα και σκόνης στη Γη, τόσο για να κατανοήσουν το σχηματισμό και τη μετακίνηση αμμόλοφων στον Άρη, όσο και για να εξακριβώσουν ποιες τοποθεσίες για ενδεχόμενα ενδιαιτήματα μπορεί να προστατεύονται καλύτερα από τους επικρατούσες ανέμους ( για παράδειγμα, στο ποτάρι των μεγάλων βράχων).
Επιστρέφοντας στη μεγάλη ερώτηση της Jenkins, "Καταλαβαίνουμε την επεξεργασία με κόκκους αρκετά καλά για να το κάνουμε στον Άρη;" Η ανησυχητική απάντηση είναι: δεν γνωρίζουμε ακόμη.
Η εργασία με ατελή γνώση είναι εντάξει στη Γη γιατί, συνήθως, κανείς δεν υποφέρει πολύ από αυτήν την άγνοια. Όμως στον Άρη, η άγνοια θα μπορούσε να σημαίνει μειωμένη απόδοση ή χειρότερη αποτροπή των αστροναυτών να εξορύξουν αρκετό οξυγόνο και υδρογόνο για να αναπνεύσουν ή να χρησιμοποιήσουν για να επιστρέψουν καύσιμα στη Γη.
Οι φυσικοί κοκκώδεις φυσικοί που αναλύουν δεδομένα από τον Άρη, ανακαλύπτουν νέες μηχανές σκάψιμο, παίζουν με εξισώσεις, κάνουν το καλύτερό τους επίπεδο για να βρουν τις απαντήσεις. Είναι όλα μέρος της στρατηγικής της NASA για να μάθετε πώς να φτάσετε στον Άρη… και να επιστρέψετε ξανά.
Αρχική πηγή: [προστασία μέσω email]
