Představte si tento scénář. Rok je 2030 nebo další. Po plavbě po šesti měsících od Země jste vy a několik dalších astronautů první lidé na Marsu. Stojíš na mimozemském světě, pod nohama prašnou červenou špínu a rozhlížíš se na spoustu důlního vybavení uloženého předchozími robotickými přistávacími zařízeními.
V uších jsou ozvěna poslední slova z kontroly mise: „Vaše mise, pokud byste ji chtěli přijmout, je vracet se na Zemi - pokud možno pomocí paliva a kyslíku, které těžíte z písku Marsu. Hodně štěstí!"
Zní to dost jednoduše, těží suroviny ze skalnaté, písčité planety. Děláme to tady na Zemi, proč ne také na Marsu? Ale není to tak jednoduché, jak to zní. Nic o granulární fyzice nikdy není.
Granulární fyzika je věda o zrnech, vše od jader kukuřice po zrna písku až po mletou kávu. Jsou to běžné každodenní látky, ale může být obtížně předvídatelné. V jednu chvíli se chovají jako pevné látky, další jako kapaliny. Zvažte sklápěč plný štěrku. Když se kamion začne naklánět, štěrk zůstává v pevné hromádce, dokud se v určitém úhlu náhle nestane hromovou říční skálou.
Pochopení zrnité fyziky je nezbytné pro navrhování průmyslových strojů pro manipulaci s obrovským množstvím malých pevných látek, jako je jemný marťanský písek.
Problém je, že i zde na Zemi „průmyslové rostliny nefungují dobře, protože nerozumíme rovnicím pro zrnité materiály a také rozumíme rovnicím pro kapaliny a plyny,“ říká James T. Jenkins, profesor teoretických a teoretických aplikovaná mechanika na Cornell University v Ithaca, NY „Proto elektrárny spalující uhlí fungují s nízkou účinností a mají vyšší míru selhání ve srovnání s elektrárnami na kapalná paliva nebo na plyn.“
Takže „rozumíme granulárnímu zpracování dostatečně dobře, aby to bylo na Marsu?“ ptá se.
Začněme vykopávkou: „Pokud vykopete příkop na Marsu, jak strmé mohou být strany a zůstávají stabilní, aniž by do nich spadly?“ diví se Stein Sture, profesor stavebního, environmentálního a architektonického inženýrství a docent děkana na University of Colorado v Boulderu. Neexistuje žádná definitivní odpověď, zatím ne. Vrstvy prašných půd a skály na Marsu nejsou dostatečně známy.
Některé informace o mechanickém složení nejvyšších metrů marťanských půd lze získat radarem nebo jinými sondážními zařízeními pronikajícími do země, upozorňuje Sture, ale mnohem hlouběji a „pravděpodobně budete muset odebrat vzorky jádra“. Phoenix NASA lander (přistání 2008) bude schopen kopat zákopy asi půl metru hluboko; laboratoř Mars Science Laboratory 2009 bude schopna vystřihnout skalní jádra. Obě mise poskytnou cenná nová data.
Sture (ve spojení s Centrem pro vesmírnou výstavbu University of Colorado) vyvíjí inovativní bagry, jejichž podnikání končí vibrováním do půdy. Míchání pomáhá rozbít soudržné vazby, které drží kompaktní zeminy pohromadě, a může také pomoci zmírnit riziko zhroucení půdy. Takové stroje by jednoho dne mohly jít také na Mars.
Dalším problémem jsou „násypky“ - horníci nálevky používají k vedení písku a štěrku na dopravní pásy ke zpracování. Znalost marťanských půd by byla zásadní při navrhování nejúčinnějších a bezúdržbových zásobníků. "Nechápeme, proč se násypky zasekávají," říká Jenkins. Džemy jsou ve skutečnosti tak časté, že „na Zemi má každý zásobník blízko kladivo.“ Bouchání v zásobníku uvolňuje uvíznutí. Na Marsu, kde by bylo jen pár lidí, kteří by se starali o vybavení, byste chtěli, aby násypky fungovaly lépe než tohle. Jenkins a jeho kolegové zkoumají, proč se granulární tok zasekává.
A pak je tam doprava: Mars rovers Spirit a Opportunity měli od roku 2004 kolem svých přistávacích stanovišť jen malé potíže. Ale tyto vozítka jsou pouze o velikosti průměrné kancelářské plochy a pouze asi tak masivní jako dospělý. Jsou to motokáry ve srovnání s masivními vozidly, která jsou možná potřebná pro přepravu tun marťanského písku a skály. Větší vozidla budou mít těžší čas obcházet se.
Sture vysvětluje: Již v 60. letech, kdy vědci poprvé studovali možné solární pohonné rovery pro vyjednávání sypkých písků na Měsíci a dalších planetách, vypočítali „že maximální životaschopný trvalý tlak pro valivý kontaktní tlak na marťanských půdách je pouze 0,2 libry na čtvereční palec (psi), “zejména při cestování po svazích. Toto nízké číslo bylo potvrzeno chováním Ducha a Příležitosti.
Válcový kontaktní tlak pouze 0,2 psi “znamená, že vozidlo musí být nízké hmotnosti nebo musí mít způsob, jak účinně rozložit zatížení na mnoho kol nebo kolejí. Snížení přítlaku je zásadní, aby se kola neroztáhla do měkké půdy nebo nepronikla přes duricrusts [tenké listy cementových půd, jako je tenká kůra na větrném sněhu na Zemi] a uvízla. “
Tento požadavek znamená, že vozidlo pro pohyb těžších břemen - lidí, stanovišť, vybavení - by mohlo být „obrovskou věcí typu Fellini s koly o průměru 4 až 6 metrů (12 až 18 stop),“ říká Sture s odkazem na slavnou italštinu režisér surrealistických filmů. Nebo by to mohlo mít obrovské kovové profily s otevřeným okem, jako kříženec mezi rýpadlami na dálnici, konstrukcí na Zemi a lunárním roverem používaným během programu Apollo na Měsíci. Pásová nebo pásová vozidla se tedy jeví jako slibná pro přenášení velkých užitečných nákladů.
Poslední výzvou pro granulární fyziky je zjistit, jak udržet zařízení v provozu prostřednictvím sezónních prachových bouří na Marsu. Marťanské bouře bičují jemný prach vzduchem rychlostí 50 m / s (100+ mph), čistí každý exponovaný povrch, prosévají se do každé štěrbiny, pohřbívají exponované struktury přirozené i umělé a snižují viditelnost na metry nebo méně. Jenkins a další vyšetřovatelé studují fyziku aolského (větrného) transportu písku a prachu na Zemi, aby pochopili vznik a pohyb dun na Marsu a také zjistili, která místa pro případná stanoviště by mohla být nejlépe chráněna před převládajícími větry ( například v závětří velkých skal).
Když se vracím k Jenkinsově velké otázce, „rozumíme granulárnímu zpracování dostatečně dobře, aby to bylo na Marsu?“ Zneklidňující odpověď zní: zatím to nevíme.
Práce s nedokonalými znalostmi je na Zemi v pořádku, protože obvykle tato nevědomost moc netrpí. Ale na Marsu by nevědomost mohla znamenat sníženou účinnost nebo horší zabránění astronautům v těžbě dostatečného množství kyslíku a vodíku, aby mohli dýchat nebo používat palivo k návratu na Zemi.
Granulovaní fyzici, kteří analyzují data z marťanských roverů, staví nové kopací stroje, pohrávají si s rovnicemi, se snaží najít nejlepší odpověď na své úrovni. Všechno je součástí strategie NASA naučit se, jak se dostat na Mars ... a zpět.
Původní zdroj: [chráněn e-mailem]
