اندازه‌گیری دمای ماه با موم زنبور عسل
گاهی اوقات، اکتشافات فضایی طبق برنامه پیش نمی‌روند. اما مهندسان حتی از شکست‌ها نیز می‌آموزند، خود را تطبیق می‌دهند و دوباره تلاش می‌کنند. یکی از بهترین راه‌ها برای این کار، به اشتراک گذاشتن آموخته‌هاست تا دیگران نیز بتوانند کاری را که شاید موفقیت‌آمیز نبوده، بازآفرینی کرده و دوباره شانس خود را امتحان کنند. به‌تازگی، گروهی از «گروه تحقیقاتی فضا-محور» (Space Enabled Research Group) ام‌آی‌تی، که بخشی از «مدیا لب» (Media Lab) آن است، مقاله‌ای در مجله‌ی Space Science Reviews منتشر کرده است. این مقاله به تشریح طراحی و نتایج آزمایش دو حسگر غیرفعال (Passive) می‌پردازد که با ماه‌نورد ناکام «راشد-۱» به ماه فرستاده شده بودند.
این ماه‌نورد که توسط «مرکز فضایی محمد بن راشد» (MBRSC) در امارات متحده عربی (UAE) توسعه یافته بود، در قالب مأموریت «هاکوتو-آر ۱» (Hakuto-R 1) پرتاب شد. این مأموریت، اولین مأموریت خصوصی به سطح ماه بود که توسط یک استارتاپ ژاپنی به نام «آی‌اسپیس» (iSpace) اداره می‌شد. پس از پرتاب در دسامبر ۲۰۲۲، این کاوشگر مسیری با انتقال انرژی کم را به سوی ماه در پیش گرفت، اما سرانجام دچار «فرود سخت» شد. این اتفاق زمانی رخ داد که حسگرهای آن هنگام عبور از لبه‌ی یک دهانه آتشفشانی، به اشتباه تخمین زدند که فرود انجام شده و در نتیجه موتورهای خود را خاموش کردند، در حالی که هنوز ۵ کیلومتر با سطح ماه فاصله داشت.
با وجود این اشتباه، بسیاری از فناوری‌های به‌کاررفته در ماه‌نورد ۱۰ کیلوگرمی راشد-۱، پیشرفته و نوین بودند و حسگرهای غیرفعال رگولیت، با وجود طراحی ساده‌شان، قطعاً در همین دسته قرار می‌گرفتند. این دو حسگر، که بخشی از آزمایش «تشخیص چسبندگی/سایش مواد» (MAD) ماه‌نورد بودند، به گونه‌ای طراحی شده بودند که کاملاً غیرفعال باشند؛ یعنی بدون نیاز به برق و بدون هیچ قطعه‌ی متحرکی. هر دو برای نصب فیزیکی روی چرخ‌های ماه‌نورد طراحی شده بودند و قرار بود از قابلیت دیگر ماه‌نورد، یعنی دوربین آن، استفاده کنند.
یکی از این حسگرها، موسوم به «نمونه‌بردار غیرفعال رگولیت» (PRS)، یک سینی آلومینیومی بود که با صفحه‌ای پوشانده شده بود که روی آن مجموعه‌ای از سوراخ‌های مشبک با جهت‌گیری‌ها و اندازه‌های مختلف قرار داشت. در واقع دو عدد از این حسگرها روی ماه‌نورد راشد-۱ نصب شده بود، یکی روی هر چرخ جلو. با چرخش چرخی که حسگر به آن متصل بود، نمونه‌های کوچکی از رگولیت از طریق سوراخ‌ها به داخل سینی ریخته می‌شد. هدف این بود که مشخص شود آیا فاصله و اندازه‌ی سوراخ‌ها تأثیر قابل توجهی بر جمع‌آوری و نگهداری رگولیت دارد یا خیر.
حتی با چنین حسگر ساده‌ای، پیچیدگی‌های زیادی وجود داشت. برای آزمایش این حسگر، محققان به جای استفاده از چرخ واقعی ماه‌نورد، آن را مستقیماً روی مقداری شبیه‌ساز رگولیت فشار دادند. با این حال، آن‌ها نتوانستند هیچ اطلاعات آماری معناداری در مورد تأثیر اندازه یا فاصله سوراخ‌ها پیدا کنند و به این نتیجه رسیدند که روش آزمایششان اشتباه بوده است؛ چرا که فشردن دستی حسگر در خاک با غلتاندن آن روی یک چرخ یکسان نیست.
البته آن‌ها سرانجام فرصت یافتند تا حسگر را روی یک چرخ واقعی آزمایش کنند، هرچند این فرصت پس از شکست مأموریت به دست آمد. تیم تحقیقاتی به محیط جعبه‌شن (Sandbox) در مرکز فضایی محمد بن راشد دسترسی پیدا کرد که در آن شبیه‌ساز رگولیت ماه وجود داشت و می‌توانستند حسگر خود را به یک مدل مهندسی از ماه‌نورد متصل کرده و آن را آزمایش کنند. با این حال، تا زمان انتشار مقاله، نتایج آن آزمایش هنوز در دسترس نبود.
بخشی از این تأخیر ممکن است به دلیل دشواری تحلیل داده‌های حسگر باشد. تیم مهندسی مجبور بود از الگوریتم‌های پیشرفته پردازش تصویر، همراه با «جداول مرجع» ساده‌شده، استفاده کند تا بفهمد خورشید در آسمان ماه در چه موقعیتی قرار دارد و این موضوع چگونه ممکن است بر سایه‌ها و در نتیجه نتایج آزمایش PRS تأثیر بگذارد. اگرچه این روش بدون توجه به محل فرود حسگر بر سطح ماه قابل اجراست، اما جداول مرجع باید بر اساس عواملی مانند موقعیت و زمان سال تنظیم شوند.
حسگر دیگر، موسوم به «دماسنج غیرفعال مومی» (PWT)، نیز به شدت به دوربین ماه‌نورد و الگوریتم‌های پیشرفته پردازش تصویر وابسته بود. این حسگر طوری طراحی شده بود که با نگهداری کپسول‌هایی از موم‌های مختلف که در دماهای متفاوتی از جامد به مایع تبدیل می‌شدند، مانند یک دماسنج عمل کند. اساساً، هر نمونه موم یک بررسی دوتایی (بله/خیر) ارائه می‌داد تا مشخص شود که آیا دمای آن پایین‌تر یا بالاتر از دمای ذوب آن موم است. از آنجایی که موم‌ها بر این اساس انتخاب شده بودند که در حالت مایع شفاف و در حالت جامد کدر باشند، دوربین می‌توانست تشخیص دهد که آیا هر یک از نمونه‌ها در هر لحظه مایع است یا خیر.
موم‌های انتخاب‌شده برای خوانش دما در بازه ۹ درجه سانتی‌گراد (پنتادکان) تا ۸۷.۵ درجه سانتی‌گراد (تتراتتراکونتان) در نظر گرفته شده بودند. نمونه‌ها همچنین شامل دو کپسول موم زنبور عسل طبیعی و یک کپسول موم شمع تجاری بودند. در ابتدا قرار بود این آزمایش فرصت آزمایشی بی‌نظیری داشته باشد، زیرا انتظار می‌رفت در طول زمان مأموریت یک ماه‌گرفتگی رخ دهد که به آن اجازه می‌داد یک افت دمای سریع و شدید را مشاهده کند، اما با شکست مأموریت این فرصت از دست رفت.
اما هدف از انتشار این مقاله این است که اطمینان حاصل شود این فرصت برای همیشه از بین نرفته است. تیم‌های تحقیقاتی دیگر می‌توانند پرچم را به دست گرفته و این دو حسگر ساده و غیرفعال را برای استفاده در مأموریت‌های دیگر به‌روزرسانی و تطبیق دهند. علم (و مهندسی) این‌گونه پیشرفت می‌کند: با ایستادن بر شانه‌های کسانی که پیش از ما آمده‌اند، علی‌رغم شکست‌هایی که ممکن است تجربه کرده باشند، یا شاید حتی به خاطر همان شکست‌ها.
بیشتر بیاموزید:
کی. جی. استوبر و همکاران – نمونه‌بردار غیرفعال رگولیت: از ایده تا ارسال به سطح ماه
یونیورس تودی – فضاپیمای هاکوتو-آر نسخه خیره‌کننده خود از «طلوع زمین» را ثبت کرد
یونیورس تودی – سقوط مأموریت هاکوتو-آر ۲ به دلیل خطای فاصله‌یاب لیزری آن بود
یونیورس تودی – نرم‌افزار هاکوتو-آر در آخرین لحظه دچار سردرگمی شد و باعث برخورد آن با ماه گردید