Замислите овај сценарио. Година је 2030. или након тога. Након пловидбе шест месеци од Земље, ви и још неколико астронаута сте први људи на Марсу. Стојите на ванземаљском свету, прашњава црвена прљавштина испод ногу, гледате око себе на гомилу рударске опреме коју су положили претходни роботски земљаци.
У ушима вам одјекују посљедње ријечи из контроле мисије: „Ваша мисија, ако бисте требали да је прихватите, је да се вратите на Земљу - ако је могуће користећи гориво и кисеоник који вадите из пескова Марса. Срећно!"
Звучи довољно једноставно, рудирајући сировине са камените, пешчане планете. Ми то радимо овде на Земљи, зашто не и на Марсу? Али то није тако једноставно као што звучи. Никада ништа о зрнатој физици није.
Грануларна физика је наука о житарицама, све од зрна кукуруза до зрна песка до кафе. То су уобичајене свакодневне супстанце, али могу их бити узнемирујуће тешко предвидети. Једног тренутка понашају се као чврсте супстанце, други као течности. Размотрите кипер пун шљунак. Када се камион почне нагињати, шљунак остаје у чврстој гомили, све док под одређеним углом изненада не постане громијаста речна стена.
Разумевање грануларне физике је од суштинског значаја за дизајнирање индустријских машина за обраду огромних количина ситних чврстих материја - попут финог марсовског песка.
Проблем је у томе што, чак и овде на Земљи, „индустријска постројења не раде баш добро, јер ми не разумемо једнаџбе за гранулиране материјале, као и које знамо једнаџбе за течности и гасове“, каже Јамес Т. Јенкинс, професор теоријских и примењена механика са Универзитета Цорнелл у Итхаци, НИ „Зато електране на угаљ раде са ниском ефикасношћу и имају веће стопе отказа у поређењу са електранама на течно гориво или на гас“.
Дакле, „да ли довољно добро разумемо гранулирану обраду да бисмо то урадили на Марсу?“ он пита.
Кренимо с ископавањем: "Ако копате ров на Марсу, колико стрме стране могу бити и остати стабилне без урањања?" пита се Стеин Стуре, професор грађанског, еколошког и архитектонског инжењерства и ванредни декан на Универзитету у Колораду у граду Боулдер. Још нема дефинитивног одговора. Слојеви прашњавих тла и стена на Марсу нису довољно познати.
Неке информације о механичком саставу горњег метра или марсовског тла могу се добити радарима који продирају у земљу или другим звучним уређајима, Стуре истиче, али много дубље и „вероватно ћете требати узети узорке језгра“. НАСА-ино земљиште Пхоеник Марс (слетање 2008.) моћи ће да копа ровове дубоке око пола метра; Марсова научна лабораторија 2009. године моћи ће да исече стенске језгре. Обе мисије ће пружити нове драгоцене податке.
Како би отишао још дубље, Стуре (у вези са Центром за изградњу свемира Универзитета у Колораду) развија иновативне копаче чији пословни крај вибрира у земљу. Агитација помаже разбити кохезивне везе које држе збијена тла заједно и може помоћи у смањењу ризика од урушавања тла. Машине попут ове, можда би једног дана могле да оду и на Марс.
Други проблем је „резервоар“ - рудари лијевци користе за вођење песка и шљунка на транспортне траке за обраду. Познавање марсовских тла било би од пресудне важности за пројектовање најефикаснијих резервоара без одржавања. „Не разумемо зашто се хмељ пекмези“, каже Јенкинс. Застој је у ствари толико чест да „на Земљи сваки спремник има чекић у близини“. Ударање у спремник ослобађа застој. На Марсу, где би само неколико људи имало опрему, хтели бисте да кленови раде боље од тога. Јенкинс и његове колеге истражују зашто зрнате тече џем.
А ту је и превоз: Марс ровери Дух и прилика имали су малих проблема да превозе километре око својих места за слетање од 2004. године. Али ови ровери су само величине просечног канцеларијског стола и толико масивни као и одрасла особа. Они су колица у поређењу са огромним возилима која су можда потребна за превоз тона марсовског песка и стене. Већа возила имаће теже време да се крећу.
Стуре објашњава: Још током 1960-их, када су научници први пут проучавали могуће ролове на соларни погон за преговарање о лабавим песцима на Месецу и другим планетама, израчунали су „да је максимални одрживи континуални притисак за ваљање контактног притиска преко марсовских тла само 0,2 фунте по квадратни инч (пси) ", посебно када се крећете по падинама горе или доље. Ова ниска цифра потврђена је понашањем Духа и Прилике.
Контактни притисак котрљања од само 0,2 пси “значи да возило мора бити лагано или да мора ефикасно распоредити терет на многе точкове или стазе. Смањење контактног притиска је пресудно, тако да точкови не копају у меко тло или пробијају дурицрустс (танке листове зацементиране земље, попут танке коре на снегом ветробраном) и заглаве се. “
Тај захтев подразумева да возило за премештање тежих терета - људи, станишта, опрема - може бити „огромна ствар типа Феллини са точковима пречника 4 до 6 метара (12 до 18 стопа)“, каже Стуре, позивајући се на познатог италијанског режисер надреалних филмова. Или може имати огромне металне газеће отворене мреже попут укрштања копче за изградњу аутопута на Земљи и лунарног веслача коришћеног за време Аполоновог програма на Месецу. Стога се гусјеничним или појасним возилима чини обећавајућим за пријевоз великих носивости.
Коначни изазов са којим се сусрећу зрнасти физичари је изнаћи начин како опрему задржати током Марсових сезонских олуја са прашином. Марсовске олује бацају фину прашину кроз ваздух брзином од 50 м / с (100+ мпх), прочишћавајући сваку изложену површину, просипајући се у сваки пукотину, сахрањујући изложене природне и природне грађе, смањујући видљивост на метре или мање. Јенкинс и други истражитељи проучавају физику аеоског [ветра] транспорта песка и прашине на Земљи, како би разумели формирање и померање дина на Марсу, као и да би утврдили која места за евентуална станишта могу бити најбоље заштићена од преовлађујућих ветрова ( на пример, у јарку великих стена).
Враћајући се на Јенкинсово велико питање, „да ли довољно добро разумемо зрнасту обраду да бисмо то урадили на Марсу?“ Узнемирујући одговор је: још не знамо.
Рад са несавршеним знањем је у реду на Земљи, јер обично нико не пати много од тог незнања. Али на Марсу би незнање могло значити смањену ефикасност или још горе спречавање астронаута да ископају довољно кисеоника и водоника да дишу или користе гориво за повратак на Земљу.
Грануларни физичари који анализирају податке са Марсових ровера, граде нове машине за копање, копрцају једначинама, најбоље раде на свом нивоу како би пронашли одговоре. Све је то део НАСА-ине стратегије да научимо како доћи до Марса ... и поново.
Изворни извор: [заштићено е-поштом]
