Представете си този сценарий. Годината е 2030 или след това. След като пътувате шест месеца от Земята, вие и няколко други астронавти сте първите хора на Марс. Вие стоите на извънземен свят, прашна червена мръсотия под краката си, оглеждате се около куп минни съоръжения, депозирани от предишни роботизирани кацачи.
В ушите ви повтарят последните думи от контрола на мисията: „Вашата мисия, ако се стремите да я приемете, е да се върнете на Земята - ако е възможно, използвайки гориво и кислород, които добивате от пясъците на Марс. Късмет!"
Звучи достатъчно просто, добива суровини от скалиста, пясъчна планета. Правим го тук на Земята, защо не и на Марс? Но не е толкова просто, колкото звучи. Нищо за гранулирана физика никога не е.
Зърнената физика е науката за зърнените култури, всичко - от ядките на царевицата до пясъчните зърна до кафето. Това са обичайни ежедневни вещества, но те могат да бъдат предсказващи трудности. Един момент те се държат като твърди частици, следващия като течности. Помислете самосвал, пълен с чакъл. Когато камионът започне да се накланя, чакълът остава в твърда купчина, докато под определен ъгъл изведнъж се превърне в гръмнала река от скали.
Разбирането на гранулирана физика е от съществено значение за проектирането на индустриални машини за обработка на огромни количества малки твърди частици - фин марсиански пясък.
Проблемът е, че дори и тук, на Земята, „индустриалните инсталации не работят много добре, защото ние не разбираме уравнения за гранулирани материали, както и ние разбираме уравненията за течности и газове“, казва Джеймс Т. Дженкинс, професор по теоретични и приложна механика в Университета Корнел в Итака, Ню Йорк „Ето защо електроцентралите, работещи на въглища, работят с ниска ефективност и имат по-висок коефициент на отказ в сравнение с електроцентралите с течно гориво или газ“.
Така че „разбираме ли гранулираната обработка достатъчно добре, за да я направим на Марс?“ той пита.
Да започнем с разкопките: „Ако копаете окоп на Марс, колко стръмни могат да бъдат страните и да останат стабилни, без да се притискате?“ се чуди Stein Sture, професор по гражданско, екологично и архитектурно инженерство и доцент в университета на Колорадо в Боулдър. Все още няма категоричен отговор. Наслояването на прашни почви и скали на Марс не е достатъчно известно.
Някои данни за механичния състав на горния метър или около марсианските почви могат да бъдат получени чрез проникващ в земята радар или други звукови устройства, Sture посочва, но много по-задълбочен и „вероятно трябва да вземете основни проби“. Касателят на НАСА Феникс Марс (кацане 2008 г.) ще може да копае окопи на дълбочина около половин метър; научната лаборатория на Марс през 2009 г. ще може да изреже скални ядра. И двете мисии ще предоставят ценни нови данни.
За да отиде още по-дълбоко, Sture (във връзка с Центъра за космическо строителство на Университета на Колорадо) разработва иновативни копачи, чиито бизнес цели вибрират в почви. Разбъркването помага да се разрушат сплотените връзки, държащи уплътнени почви заедно, а също така може да помогне за намаляване на риска от срутване на почвите. Машини като тези може един ден да отидат и на Марс.
Друг проблем е „бункерите“ - фунерите, които миньорите използват за насочване на пясък и чакъл върху лентите за транспортиране. Познаването на марсианските почви би било жизненоважно при проектирането на най-ефикасните и без поддръжка бункери. „Не разбираме защо задръстванията на бункерите“, казва Дженкинс. Засяданията са толкова чести, всъщност, че "на Земята всеки бункер има чук наблизо." Удрянето в бункера освобождава сладкото. На Марс, където ще има само няколко души наоколо, които се стремят към оборудване, бихте искали бункерите да работят по-добре от това. Дженкинс и колегите му изследват защо гранулират течения конфитюр.
И след това има транспорт: Mars Rovers Spirit and Opportunity имат малки проблеми да карат километри около местата за кацане от 2004 г. насам. Но тези гребци са само с размерите на средно офисно бюро и са толкова масивни като възрастен. Те са каруци в сравнение с масивните превозни средства, които може би са необходими за превоз на тонове марсиански пясък и скала. По-големите превозни средства ще имат по-трудно време за заобикаляне.
Sture обяснява: Още през 60-те години на миналия век, когато учените за първи път изучаваха възможни соларни двигатели за преговаряне на свободни пясъци на Луната и други планети, те изчислиха, че „максималното жизнеспособно непрекъснато налягане за натиск при търкаляне на контакт върху марсианските почви е само 0,2 паунда на квадратен инч (psi) “, особено когато пътувате нагоре или надолу по склонове. Тази ниска цифра е потвърдена от поведението на Духа и Възможността.
Контактното налягане при търкаляне само 0,2 psi “означава, че превозното средство трябва да е с леко тегло или трябва да има начин за ефективно разпределение на товара върху много колела или коловози. Намаляването на контактното налягане е от решаващо значение, така че колелата да не копаят в мека почва или да не пробият дюрик (тънки листове циментирани почви, като тънката кора на сняг на вятъра на Земята] и да се забият. "
Това изискване предполага, че превозното средство за придвижване на по-тежки товари - хора, местообитания, оборудване - може да бъде „огромно нещо от типа на Фелини с колела в диаметър от 4 до 6 метра“, казва Sture, позовавайки се на известния италианец режисьор на сюрреалистични филми. Или може да има огромни метални протектори с отворена мрежа, като кръстоска между строителните магистрали за строителство на магистрали на Земята и лунния гребен, използван по време на програмата на Аполон на Луната. По този начин, гусеницата или коланите изглеждат обещаващи за пренасяне на големи полезни товари.
Последно предизвикателство, пред което са изправени гранулираните физици, е да измислят как да запазят оборудването, работещо през сезонните прашни бури на Марс. Марсианските бури блъскат фин прах във въздуха със скорост 50 m / s (100+ mph), измивайки всяка открита повърхност, пресявайки във всяка цепнатина, заравяйки открити конструкции, естествени и човешки, и намалявайки видимостта на метри или по-малко. Дженкинс и други изследователи изучават физиката на аеолово [вятър] транспортиране на пясък и прах по Земята, както за да разберат образуването и преместването на дюни на Марс, както и да установят кои места за евентуални местообитания могат да бъдат най-добре защитени от преобладаващи ветрове ( например в лей от големи скали).
Връщайки се към големия въпрос на Дженкинс, „разбираме ли достатъчно добре гранулираната обработка, за да я направим на Марс?“ Тревожният отговор е: все още не знаем.
Работата с несъвършени знания е добре на Земята, защото обикновено никой не страда много от това невежество. Но на Марс невежеството може да означава намалена ефективност или по-лошо предотвратяване на астронавтите да добиват достатъчно кислород и водород, за да дишат или да използват за гориво, за да се върнат на Земята.
Гранулирани физици, анализиращи данни от марсоходите, строят нови машини за копаене, майсторят с уравнения, правят най-доброто ниво, за да намерят отговорите. Всичко това е част от стратегията на НАСА да научим как да стигнем до Марс ... и отново.
Оригинален източник: [защитен имейл]
