کاوشگر پرسیورنس ناسا که در تیر 1399 به سمت سیاره سرخ پرتاب شد، با ثبت مسافت 45.22 کیلومتر روی کیلومترشمار بین‌سیاره‌ای خود در 19 مهر، رکورد پیمایش در مریخ را به نام خود ثبت کرد. این مریخ‌نورد با عبور از مسافت 45.16 کیلومتری کاوشگر اپورچونیتی که بین سال‌های 1382 تا 1397 ثبت شده بود، دستاورد جدیدی در تاریخ اکتشافات فضایی رقم زد. توانایی حرکت در سطح مریخ صرفا یک معیار عددی برای مسافت طی‌شده نیست، بلکه ارتباط مستقیمی با تنوع نمونه‌های جمع‌آوری‌شده و شانس دستیابی به پاسخ بزرگ‌ترین سوال بشر درباره وجود زیست باستانی در منظومه شمسی دارد. تاخیر زمانی در ارسال پیام‌های رادیویی میان زمین و مریخ، امکان هدایت لحظه‌ای و دستی خودروهای فضایی را سلب میکند. به همین دلیل، موفقیت در پیمایش طولانی‌مدت به میزان زیادی به کیفیت الگوریتم‌های پردازش تصویر و هوشمندی سیستم‌های ناوبری خودکار بستگی دارد.
پیمایش در محیط‌های ناشناخته فضایی نیازمند توازن میان سرعت تصمیم‌گیری و امنیت حرکت است. هر صخره تیز یا گودال عمیق می‌تواند پایان یک ماموریت چند میلیارد دلاری را رقم بزند. مریخ‌نورد پرسیورنس با اتکا به پردازنده‌های اختصاصی و حسگرهای تصویری خود توانسته است وابستگی به دستورات مستقیم هدایت‌کنندگان زمین را کاهش دهد. این الگوی حرکتی، سرعت پیمایش روزانه را به شکل قابل توجهی افزایش داده و مسیرهای پیچیده‌تری را در دسترس دانشمندان قرار داده است.
شکستن رکورد پیمایش در مریخ با تکیه بر ناوبری خودکار
کسب رکورد پیمایش در مریخ بیش از 90 درصد حاصل عملکرد سیستم ناوبری خودکار موسوم به آتوناو است. برای درک جهش فنی رخ‌داده، باید مسیر تکامل این فناوری را از نخستین مریخ‌نورد ناسا یعنی سوجورنر بررسی کرد. سوجورنر در سال 1376 بر سطح مریخ فرود آمد و در طول کل ماموریت خود تنها حدود 100 متر حرکت کرد. این کاوشگر در هر ارزیابی محیطی فقط 20 نقطه محاسباتی از مسیر پیش رو را تحلیل می‌کرد. در مقابل، مریخ‌نورد پرسیورنس در هر نگاه تصویری نزدیک به 200 هزار نقطه محاسباتی را پردازش میکند. این حجم از محاسبات تصویری بدون نیاز به توقف‌های طولانی انجام می‌شود، به طوری که مریخ‌نورد می‌تواند در حال حرکت تصمیم بگیرد و عوارض خطرساز را دور بزند.
کاوشگرهای قبلی نظیر اپورچونیتی و اسپیریت تنها حدود 5 درصد از مسیر کلی خود را با نسخه‌های اولیه آتوناو پیمودند و در باقی موارد منتظر دستورات مستقیم از زمین می‌ماندند. این وابستگی فنی سرعت پیشروی آن‌ها را محدود می‌کرد. پرسیورنس توانسته است در یک سول یا روز مریخی که حدود 40 دقیقه از روز زمین طولانی‌تر است، مسافتی بالغ بر 412 متر را طی کند. طبق گزارش رسمی ناسا، این سرعت عمل بالا ناشی از جداسازی وظایف پردازشی و بهینه‌سازی الگوریتم‌های شناسایی عوارض زمین است.
همکاری بالگرد مریخی اینجنیوتی نیز نقش مهمی در پشتیبانی هوایی ایفا کرد. این بالگرد کوچک که برای انجام 5 پرواز آزمایشی در 30 روز طراحی شده بود، طی 3 سال فعالیت توانست 72 پرواز موفق ثبت کند، مسافتی حدود 17 کیلومتر را بپیماید و تا ارتفاع نزدیک به 24 متر از سطح فاصله بگیرد. نقشه‌های هوایی تهیه شده توسط اینجنیوتی به متخصصان آزمایشگاه پیشرانش جت کمک کرد تا ایمن‌ترین مسیرها را برای حرکت پرسیورنس انتخاب کنند.
ارزیابی یافته‌های علمی دهانه جزرو و چالش‌های بازگرداندن نمونه‌ها
هدف اصلی پرسیورنس بررسی دهانه جزرو و مناطقی مانند لاک دو شارم است. متخصصان بر این باورند که صخره‌های موجود در این منطقه قدمتی بیش از 4 میلیارد سال دارند. کن فارلی، استاد زمین‌شیمی در دانشگاه کلتک و دانشمند سابق پروژه پرسیورنس، اشاره میکند که صخره‌هایی با چنین قدمتی در زمین به دلیل فرسایش شدید و حرکات تکتونیکی صفحات پوسته تقریبا از بین رفته‌اند. بنابراین، بررسی این سنگ‌های دست‌نخورده در مریخ فرصت بی‌نظیری برای مطالعه شرایط شیمیایی منظومه شمسی در دوران پیدایش زیست فراهم می‌سازد. در این میان، تحلیل پیشرفت‌های حاصل از پژوهش‌های پیشرفته فضایی نشان می‌دهد که ابزارهای تحلیلی مدرن تا چه حد توانسته‌اند درک ما را از تاریخ کیهان دگرگون کنند.
در جریان این پیمایش، پرسیورنس به منطقه چیاوا فالز رسید و نشانه‌های شیمیایی مهمی درون سنگ‌های رسوبی حاوی لکه‌های شبیه به پوست پلنگ کشف کرد. علاوه بر آن، حرکت به سمت حاشیه غربی دهانه جزرو و بررسی مناطقی چون ایدوبی و رینبو فالز در دستور کار قرار دارد. منطقه ایدوبی احتمال دارد در گذشته یک سیستم گرمابی مشابه چشمه‌های آب گرم زمین بوده باشد که شرایط مناسبی برای حیات میکروبی فراهم می‌کرده است. رینبو فالز نیز قطعاتی از لایه‌های عمیق‌تر مریخ را در بر دارد که بر اثر برخورد شهاب‌سنگ تشکیل‌دهنده دهانه جزرو به بیرون پرتاب شده‌اند.
با وجود این دستاوردهای علمی، مسئله اصلی به آینده این نمونه‌ها مربوط می‌شود. لوله‌های حاوی نمونه‌های کلوخه‌ای و سنگی توسط پرسیورنس بسته‌بندی و مهروموم شده‌اند، اما برنامه بازگرداندن نمونه‌های مریخ وابسته به ناسا در سال جاری بودجه خود را از دست داد. مشخص نبودن زمان‌بندی و تامین مالی این ماموریت، سرنوشت نهایی انتقال این جواهرهای علمی به آزمایشگاه‌های زمین را در ابهام قرار داده است. برخلاف تحلیل‌های دوردست روی سیارات فراخورشیدی نظیر K2-18b یا بررسی گاز فوسفین در جو ناهید که با تردیدهای فراوان همراه است، تحلیل مستقیم نمونه‌های مریخ در زمین تنها راه تایید قطعی زیست باستانی است.
تحلیل چالش‌های فنی و استهلاک سخت‌افزاری در ناوبری فضایی
نگاه منطقی به عملکرد فنی پرسیورنس نشان می‌دهد که تحرک بالای این مریخ‌نورد حاصل توازن دقیق میان سخت‌افزار مقاوم و نرم‌افزار انعطاف‌پذیر است. استهلاک قطعات مکانیکی، ساییدگی چرخ‌های آلومینیومی و افت کارایی باتری‌های هسته‌ای از چالش‌های اصلی پیش روی خودروهای فضایی هستند. در مریخ‌نورد اپورچونیتی، خرابی‌های مکانیکی مفاصل و آسیب شدید چرخ‌ها سرعت حرکت را به شدت کاهش داد. ناسا در طراحی چرخ‌های پرسیورنس از الگوی ضخیم‌تر و عاج‌های متفاوت استفاده کرد تا از سوراخ شدن چرخ‌ها در مواجهه با سنگ‌های تیز جلوگیری کند.
مدیریت حرارتی سیستم‌ها در سرمای طاقت‌فرسای شب‌های مریخ مسئله حیاتی دیگری است. پردازنده‌ها و مدارهای الکترونیکی ناوبری باید در دمای استاندارد عملیاتی باقی بمانند. پایداری عملکرد سیستم آتوناو نشان می‌دهد که الگوریتم‌های هوشمند توانسته‌اند بار محاسباتی پردازنده را بدون داغ شدن بیش از حد یا مصرف بی‌رویه انرژی ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ مدیریت کنند. با این حال، محدودیت در توان پردازشی در مقایسه با خودروهای خودران شهری روی زمین نشان می‌دهد که سیستم‌های فضایی همواره ناچارند میان سرعت تصمیم‌گیری و امنیت حرکت یکی را انتخاب کنند.
از منظر نگهداری و طول عمر، مریخ‌نوردها امکان تعمیر یا تعویض قطعات را ندارند. بنابراین هر سیستم نرم‌افزاری باید به گونه‌ای طراحی شود که خطاهای غیرمنتظره سخت‌افزاری را جبران کند. پرسیورنس ثابت کرده است که افت کیفیت قطعات در طول زمان هنوز منجر به کاهش سرعت ناوبری نشده است. چالش واقعی زمانی آغاز می‌شود که کاوشگر وارد شیب‌های تندتر و مسیرهای سنگلاخی‌تر دهانه جزرو شود، جایی که حتی کوچک‌ترین اشتباه در تشخیص عمق گودال‌ها توسط آتوناو می‌تواند به گیر افتادن دائمی مریخ‌نورد منجر شود.
اتکای بیش از 90 درصدی به سیستم ناوبری خودکار، معیار جدیدی برای ماموریت‌های آینده روی ماه و مریخ ایجاد کرده است. بدون ناوبری مستقل، اعزام خودروهای سرنشین‌دار یا ساخت پایگاه‌های دائمی ناممکن خواهد بود. با این حال، تعلیق بودجه ماموریت بازگرداندن نمونه‌ها این سوال کلیدی را مطرح میکند که آیا ارزش علمی پیمایش‌های طولانی بدون امکان تحلیل آزمایشگاهی روی زمین کاملا محقق خواهد شد یا خیر. تصمیم‌گیری درباره نحوه بازیابی این نمونه‌ها نه تنها سرنوشت دستاوردهای پرسیورنس، بلکه مسیر اکتشافات روباتیک آینده در منظومه شمسی را تعیین خواهد کرد.
