مستكشف المريخ

كانت مركبة مارس باثفايندر ^{[ 1 ]} مركبة فضائية آلية أمريكية هبطت بمحطة أساسية مزودة بمسبار جوال على سطح المريخ عام 1997. وتألفت من مركبة هبوط ، أُعيد تسميتها بمحطة كارل ساجان التذكارية ، ومركبة جوالة آلية خفيفة الوزن ( 10.6 كجم/23 رطلاً) ذات عجلاتتُدعى سوجورنر ^{[ 4 ]} ،وهي أول مركبة جوالة تعمل خارج نظام الأرض والقمر. وانتهت المهمة عام 1998.  

أُطلقت المركبة الفضائية "مارس غلوبال سيرفيور " في 4 ديسمبر 1996 بواسطة وكالة ناسا على متن صاروخ دلتا 2 ، بعد شهر من إطلاقها ، وهبطت في 4 يوليو 1997 على وادي آريس على سطح المريخ . تُعرف هذه المنطقة باسم سهل كرايس ، وهي جزء من منطقة أوكسيا بالوس . حملت المركبة سلسلة من الأجهزة العلمية لتحليل الغلاف الجوي والمناخ والجيولوجيا المريخية . وكان تحليل الصخور والتربة هدفًا رئيسيًا. كانت هذه المهمة ثاني مشروع ضمن برنامج ديسكفري التابع لناسا ، والذي يشجع على استخدام المركبات الفضائية منخفضة التكلفة وعمليات الإطلاق المتكررة تحت شعار "أرخص وأسرع وأفضل" الذي روّج له مدير الوكالة آنذاك، دانيال غولدين . أشرف على المهمة مختبر الدفع النفاث (JPL)، التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، والمسؤول عن برنامج استكشاف المريخ التابع لناسا . وكان مدير المشروع توني سبير من مختبر الدفع النفاث .

كانت هذه المهمة الأولى من سلسلة مهمات إلى المريخ تضمنت مركبات جوالة، وكانت أول مركبة هبوط ناجحة منذ هبوط مركبتي فايكنغ على المريخ في عام 1976. على الرغم من أن الاتحاد السوفيتي أرسل بنجاح مركبات جوالة إلى القمر كجزء من برنامج لونوخود في السبعينيات، إلا أن محاولاته لاستخدام المركبات الجوالة في برنامج المريخ الخاص به باءت بالفشل.

صُممت المهمة في الأصل لتكون الأولى ضمن برنامج المسح البيئي للمريخ (MESUR). ^{[ 5 ]} مثّلت مركبة مارس باثفايندر "إثباتًا لمفهوم" العديد من التقنيات العلمية، مثل الهبوط بمساعدة الوسائد الهوائية وتجنب العوائق آليًا، وهما تقنيتان استُخدمتا لاحقًا في مهمة مركبة استكشاف المريخ الجوالة. كما حققت المهمة تكاليف منخفضة مقارنةً بمهام الفضاء الروبوتية الأخرى إلى المريخ، وهو أحد أهداف برنامج المسح البيئي للمريخ (MESUR) .

• لإثبات أن تطوير مركبات فضائية "أسرع وأفضل وأرخص" كان ممكنا (مع ثلاث سنوات للتطوير وتكلفة أقل من 150  مليون دولار للمركبة الهابطة، و25 مليون دولار للمركبة الجوالة ^{[ 6 ]} ).
• لإثبات إمكانية إرسال مجموعة من الأجهزة العلمية إلى كوكب آخر بنظام بسيط وبتكلفة تُعادل خُمس تكلفة مهمة فايكنغ . (للمقارنة، بلغت تكلفة مهمات فايكنغ 935  مليون دولار عام 1974 ^{[ 7 ]} أو 3.5  مليار دولار بأسعار عام 1997).
• لإظهار التزام ناسا باستكشاف الكواكب بتكلفة منخفضة من خلال إنهاء المهمة بإجمالي إنفاق قدره 280  مليون دولار، بما في ذلك مركبة الإطلاق وعمليات المهمة.

أجرى مسبار مارس باثفايندر دراساتٍ مختلفة على تربة المريخ باستخدام ثلاثة أجهزة علمية. احتوى المسبار على كاميرا مجسمة مزودة بمرشحات مكانية مثبتة على عمود قابل للتمديد تُسمى جهاز التصوير الخاص بمارس باثفايندر (IMP)، ^{[ 8 ] [ 9 ]} وجهاز قياس بنية الغلاف الجوي/حزمة الأرصاد الجوية (ASI/MET) ^{[ 10 ]} الذي عمل كمحطة أرصاد جوية على المريخ، حيث جمع بيانات عن الضغط ودرجة الحرارة والرياح. تضمنت بنية جهاز MET ثلاثة أكياس هوائية مثبتة على ثلاثة ارتفاعات مختلفة على عمود، أعلى ارتفاع منها حوالي متر واحد (3.3 قدم) ، وسجلت عمومًا الرياح القادمة من الغرب. ^{[ 11 ]} 

كانت مركبة سوجورنر الجوالة مزودة بمطياف ألفا بروتون للأشعة السينية ( APXS ) ^{[ 12 ]} ، والذي استُخدم لتحليل مكونات الصخور والتربة. كما احتوت المركبة على كاميرتين بالأبيض والأسود وكاميرا ملونة. وقد مكّنت هذه الأجهزة من دراسة جيولوجيا سطح المريخ من بضعة ملليمترات إلى مئات الأمتار، والكيمياء الجيولوجية والتاريخ التطوري للصخور والسطح، والخصائص المغناطيسية والميكانيكية للأرض، بالإضافة إلى الخصائص المغناطيسية للغبار والغلاف الجوي، وديناميكيات دوران الكوكب ومداره .

زُوِّدَ الروبوت الجوال بثلاث كاميرات CCD ، جميعها من إنتاج شركة إيستمان كوداك، وتُتحكَّم بها وحدة المعالجة المركزية الخاصة بالروبوت. استُخدِمت الكاميرتان الأماميتان أحاديتا اللون لأغراض الملاحة، واقترنتا بخمسة أجهزة عرض ليزرية للكشف المجسم عن المخاطر. بلغت دقة هذه الكاميرات الأمامية 484 بكسل عموديًا و768 بكسل أفقيًا، ودقة بصرية قادرة على تمييز تفاصيل صغيرة تصل إلى 0.6 سم (0.24 بوصة) على مدى 0.65 متر (26 بوصة) . ويمكن ضغط الصور الملتقطة بهذه الكاميرات باستخدام خوارزمية ترميز اقتطاع الكتلة (BTC).    

استُخدمت الكاميرا الثالثة، الموجودة في الخلف بالقرب من جهاز APXS، للتصوير الملون. كانت تتمتع بنفس دقة الكاميرات الأمامية، ولكنها دُورت بزاوية 90 درجة لالتقاط صور لكلٍ من منطقة هدف APXS وآثار المركبة الجوالة. احتوت هذه الكاميرا الخلفية على وحدة بكسل 4×4 ذات حساسية لونية محددة: 12 بكسلًا للون الأخضر، واثنان للون الأحمر، واثنان للأشعة تحت الحمراء . استخدمت جميع الكاميرات عدسات مصنوعة من سيلينيد الزنك ، الذي يحجب أطوال موجات الضوء الأقل من 500 نانومتر؛ ونتيجة لذلك، لم ترصد بكسلات اللون الأزرق/الأشعة تحت الحمراء سوى الأشعة تحت الحمراء. تضمنت كل كاميرا وظائف التعريض التلقائي ومعالجة البكسلات المعيبة. تم تضمين معلمات الصورة، مثل وقت التعريض وإعدادات الضغط، في رؤوس الصور المرسلة. في حال استخدام ضغط BTC على الكاميرا الخلفية، يجب حذف معلومات اللون. ^{[ 13 ]}

جهاز التصوير الخاص بمركبة Mars Pathfinder (IMP)، (يتضمن مقياس المغناطيسية ومقياس سرعة الرياح) ^{[ 14 ] [ 15 ]}

كان لدى جهاز IMP مجموعة من المرشحات المصممة لتسجيل الظواهر السطحية والجوية. احتوى الجهاز على كاميرتين، أو عينين، مما أتاح التقاط صور مجسمة ، مع اختلاف طفيف في مجموعة المرشحات بينهما. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

أجهزة الاستشعار الجوية والأرصادية (ASI/MET).

سجل جهاز ASI/MET بيانات درجة الحرارة والضغط والرياح أثناء الدخول والهبوط، وبمجرد الوصول إلى السطح. كما احتوى على إلكترونيات لتشغيل أجهزة الاستشعار وتسجيل البيانات. ^{[ 16 ]}

كان موقع الهبوط سهلاً فيضياً قديماً في نصف الكرة الشمالي للمريخ يُسمى " وادي آريس " (وادي آريس، وهو الاسم اليوناني القديم للإله الروماني مارس)، ويُعدّ من أكثر المناطق صخرية على سطح المريخ . اختاره العلماء لكونه سطحاً آمناً نسبياً للهبوط، ويحتوي على أنواعٍ مختلفة من الصخور التي ترسبت خلال فيضان كارثي. بعد نجاح الهبوط عند الإحداثيات 19°08′ ^شمالاً 33 °13′ غرباً، ^سُمّيت المركبة " ^محطة كارل ساغان التذكارية" تكريماً لعالم الفلك . ( انظر أيضاً : ^{قائمة النصب} التذكارية للكائنات الفضائية ⁾ .

صورة بانورامية لموقع هبوط مركبة مارس باثفايندر التقطتها شركة IMP

اكتملت عملية الدخول والهبوط بالكامل في أربع دقائق. دخلت مركبة مارس باثفايندر الغلاف الجوي للمريخ وهبطت باستخدام نظام مبتكر يتضمن كبسولة دخول، ومظلة أسرع من الصوت ، متبوعة بصواريخ تعمل بالوقود الصلب ووسائد هوائية كبيرة لتخفيف الصدمة. كان الدخول مباشرًا وعكسيًا، من مسار زائدي بسرعة 6.1 كم/ث (14000 ميل/ساعة) باستخدام غلاف جوي (كبسولة) للدخول إلى الغلاف الجوي مشتق من تصميم مركبة الهبوط الأصلية فايكنغ على سطح المريخ. يتكون الغلاف الجوي من غلاف خلفي ودرع حراري مصمم خصيصًا لتقليل السرعة إلى 370 م/ث (830 ميل/ساعة)، حيث تم نفخ مظلة قرصية أسرع من الصوت لتقليل سرعة هبوطها عبر الغلاف الجوي الرقيق للمريخ إلى 68 م/ث (150 ميل/ساعة) .      

استخدم حاسوب المركبة الهابطة مقاييس تسارع احتياطية لتحديد توقيت انتفاخ المظلة. وبعد عشرين ثانية، تم إطلاق الدرع الحراري باستخدام الألعاب النارية. وبعد عشرين ثانية أخرى، انفصلت المركبة الهابطة عن الغلاف الخلفي وهبطت بواسطة حبل طوله 20 مترًا (66 قدمًا) . وعندما وصلت المركبة الهابطة إلى ارتفاع 1.6 كيلومتر (5200 قدم) فوق سطح الأرض، استخدم الحاسوب الرادار لتحديد الارتفاع وسرعة الهبوط. واستُخدمت هذه المعلومات لتحديد التوقيت الدقيق لعمليات الهبوط اللاحقة. ^{[ 21 ]}    

بمجرد وصول المركبة الهابطة إلى ارتفاع 355 مترًا (1165 قدمًا) فوق سطح الأرض، تم نفخ الوسائد الهوائية في أقل من ثانية باستخدام ثلاثة مولدات غاز. ^{[ 22 ]} صُنعت الوسائد الهوائية من أربعة أكياس فيكتران متعددة الطبقات مترابطة ، تُحيط بالمركبة الهابطة رباعية الأوجه. صُممت هذه الوسائد واختُبرت لتحمّل الصدمات بزاوية مائلة تصل سرعتها إلى 28 مترًا في الثانية (63 ميلًا في الساعة) . مع ذلك، ولأن الوسائد الهوائية صُممت لتحمّل الصدمات الرأسية بسرعة لا تتجاوز 15 مترًا في الثانية (34 ميلًا في الساعة) ، تم تركيب ثلاثة صواريخ كبح صلبة فوق المركبة الهابطة في غلافها الخلفي. ^{[ 23 ]} أُطلقت هذه الصواريخ على ارتفاع 98 مترًا (322 قدمًا) فوق سطح الأرض. قدّر حاسوب المركبة الهابطة المُدمج أفضل وقت لإطلاق الصواريخ وقطع حبل التحكم، بحيث تنخفض سرعة المركبة الهابطة إلى الصفر تقريبًا بين 15 و25 مترًا (49 و82 قدمًا) فوق سطح الأرض. بعد 2.3 ثانية، وبينما كانت الصواريخ لا تزال تطلق النار، قطعت المركبة الهابطة الحبل على ارتفاع حوالي 21.5 متر (71 قدمًا) فوق سطح الأرض وسقطت على الأرض.             

انطلقت الصواريخ حاملةً الغلاف الخلفي والمظلة (وقد رُصدت لاحقًا عبر صور مدارية). اصطدمت المركبة الهابطة بسرعة 14 مترًا في الثانية (31 ميلًا في الساعة) ، مما حدّ من قوة الارتطام إلى 18 ضعف قوة الجاذبية الأرضية فقط. كان الارتفاع الأول للمركبة 15.7 مترًا (52 قدمًا) ، واستمرت المركبة في الارتداد لما لا يقل عن 15 ارتدادًا إضافيًا (لم يستمر تسجيل بيانات مقياس التسارع خلال جميع الارتدادات). ^{[ 24 ]}    

بمجرد توقف المركبة الهابطة عن الدوران، انكمشت الوسائد الهوائية وعادت إلى المركبة باستخدام أربع رافعات مثبتة على "بتلات" المركبة. ولأن المركبة مصممة لتعديل وضعها من أي اتجاه ابتدائي، فقد استقرت على بتلة قاعدتها. وبعد 87 دقيقة من الهبوط، تم نشر البتلات مع تثبيت مركبة سوجورنر الجوالة والألواح الشمسية في الداخل. ^{[ 25 ]}

أرسلت المركبة الهابطة أكثر من 2.3 مليار بت (287.5 ميجابايت) من المعلومات بما في ذلك 16500 صورة، وأجرت 8.5 مليون قياس للضغط الجوي ودرجة الحرارة وسرعة الرياح. ^{[ 41 ]}

من خلال التقاط صور متعددة للسماء على مسافات مختلفة من الشمس، تمكن العلماء من تحديد أن حجم الجسيمات في الضباب الوردي يبلغ حوالي ميكرومتر واحد في نصف القطر. وكان لون بعض أنواع التربة مشابهًا للون طور أوكسي هيدروكسيد الحديد، مما يدعم نظرية مناخ أكثر دفئًا ورطوبة في الماضي. ^{[ 42 ]} حملت مركبة باثفايندر سلسلة من المغناطيسات لفحص المكون المغناطيسي للغبار. وفي النهاية، غطت طبقة من الغبار جميع المغناطيسات باستثناء واحد. ولأن أضعف مغناطيس لم يجذب أي تربة، فقد استُنتج أن الغبار المحمول جوًا لا يحتوي على مغنيتيت نقي أو نوع واحد فقط من الماغيميت . من المحتمل _أن يكون الغبار عبارة عن تكتلات ربما تكون ملتصقة بأكسيد الحديديك (Fe2O3 ₎ . ^{[ 43 ]} باستخدام أجهزة أكثر تطورًا، وجدت مركبة مارس سبيريت الجوالة أن المغنيتيت يمكن أن يفسر الطبيعة المغناطيسية للغبار والتربة على سطح المريخ. وُجد المغنيتيت في التربة، وكان الجزء الأكثر مغناطيسية من التربة داكنًا. المغنيتيت داكن جدًا. ^{[ 44 ]}

باستخدام تقنية تتبع دوبلر وقياس المدى ثنائي الاتجاه ، أضاف العلماء قياسات سابقة من مركبات الهبوط فايكينغ لتحديد أن المكون غير الهيدروستاتيكي لعزم القصور الذاتي القطبي ناتج عن انتفاخ ثارسيس ، وأن باطنه ليس منصهرًا. يتراوح نصف قطر النواة المعدنية المركزية بين 1300 و2000 كيلومتر (810 و1240 ميلًا) . ^{[ 28 ]}  

على الرغم من أن المهمة كانت مُخططًا لها أن تستمر من أسبوع إلى شهر، إلا أن المركبة الجوالة عملت بنجاح لمدة ثلاثة أشهر تقريبًا. انقطع الاتصال بعد 7 أكتوبر، ^{[ 45 ]} مع آخر إرسال للبيانات من المركبة "باثفايندر" في الساعة 10:23 بالتوقيت العالمي المنسق في 27 سبتمبر 1997. حاول مديرو المهمة استعادة الاتصالات بالكامل خلال الأشهر الخمسة التالية، ولكن تم إنهاء المهمة في 10 مارس 1998. خلال فترة التشغيل الممتدة، كان يجري إنشاء صورة بانورامية مجسمة عالية الدقة للتضاريس المحيطة، وكان من المقرر أن تزور المركبة "سوجورنر" سلسلة جبال بعيدة، ولكن الصورة البانورامية لم تكن قد اكتملت إلا بنحو الثلث، ولم تبدأ زيارة سلسلة الجبال عندما انقطع الاتصال. ^{[ 45 ]}

ربما تكون البطارية الداخلية - المصممة للعمل لمدة شهر - قد تعطلت بعد عمليات شحن وتفريغ متكررة. كانت هذه البطارية تُستخدم لتسخين إلكترونيات المسبار إلى درجات حرارة أعلى بقليل من درجات الحرارة الليلية المتوقعة على سطح المريخ. ومع تعطل البطارية، ربما تسببت درجات الحرارة المنخفضة عن المعتاد في تلف أجزاء حيوية، مما أدى إلى انقطاع الاتصالات. ^{[ 45 ] [ 46 ]} وقد تجاوزت المهمة أهدافها في الشهر الأول.

رصدت مركبة استطلاع المريخ المدارية مركبة الهبوط باثفايندر في يناير 2007 (انظر الصورة). ^{[ 47 ] [ 48 ]}

اختير اسم "سوجورنر" لمركبة "مارس باثفايندر" الجوالة عندما فازت فاليري أمبرواز، البالغة من العمر 12 عامًا، من بريدجبورت، كونيتيكت، بمسابقة عالمية استمرت عامًا كاملًا، دُعي فيها الطلاب حتى سن 18 عامًا لاختيار بطلة وتقديم مقال عن إنجازاتها التاريخية. طُلب من الطلاب في مقالاتهم توضيح كيف ستُترجم مركبة جوالة تحمل اسم بطلتهم هذه الإنجازات إلى بيئة المريخ. ^{[ 49 ]}

انطلقت المسابقة في مارس 1994 من قبل جمعية الكواكب في باسادينا، كاليفورنيا، بالتعاون مع مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، وبدأت بإعلان في عدد يناير 1995 من مجلة " العلوم والأطفال " التابعة للجمعية الوطنية لمعلمي العلوم ، والتي تم توزيعها على 20000 معلم ومدرسة في جميع أنحاء البلاد. ^{[ 50 ]}

تم اختيار مقال أمبرواز الفائز، الذي اقترح تسمية المركبة الجوالة باسم الناشطة في مجال حقوق المرأة في القرن التاسع عشر، سوجورنر تروث ، من بين 3500 مقال. وحصلت ديبتي روهاتجي، 18 عامًا، من روكفيل، ميريلاند، على المركز الثاني باقتراحها اسم العالمة ماري كوري . أما المركز الثالث فكان من نصيب آدم شيدي، 15 عامًا، من راوند روك، تكساس، الذي اقترح اسم رائدة الفضاء الراحلة جوديث ريسنيك ، التي لقيت حتفها في حادثة انفجار مكوك الفضاء تشالنجر عام 1986. وشملت الاقتراحات الشائعة الأخرى المستكشفة والمرشدة ساكاجويا، والطيارة أميليا إيرهارت . ^{[ 51 ]}

• في عام 1997، حصل فريق سوجورنر على جائزة مختبر الدفع النفاث للتميز التقني
• في 21 أكتوبر 1997، في الاجتماع السنوي للجمعية الجيولوجية الأمريكية في مدينة سولت ليك بولاية يوتا ، مُنح سوجورنر عضوية فخرية في قسم الجيولوجيا الكوكبية بالجمعية ^{[ 52 ].}
• في عام 2003، تم إدخال سوجورنر إلى قاعة مشاهير الروبوتات

• تتضمن مقدمة مسلسل Star Trek: Enterprise لقطات لسفينة Sojourner على سطح المريخ، ممزوجة بصور أخرى متنوعة تمثل تطور البشرية في مجال الطيران الجوي والفضائي.
• في فيلم "الكوكب الأحمر" الذي صدر عام 2000 ، قام رواد الفضاء العالقون على سطح المريخ بصنع جهاز راديو مؤقت من أجزاء من مركبة "باثفايندر" ، واستخدموه للتواصل مع مركبتهم الفضائية.
• في رواية "المريخي " التي صدرت عام 2011 للكاتب آندي وير ، وفي الفيلم المقتبس عنها عام 2015 ، يسافر بطل الرواية، مارك واتني، الذي تقطعت به السبل وحيدًا على سطح المريخ، إلى موقع باثفايندر المهجور منذ زمن طويل (مع الإشارة إلى "توين بيكس" كمعلم بارز في الرواية)، ويعيده إلى قاعدته في محاولة للتواصل مع الأرض. ^{[ 53 ]}

• استكشاف المريخ
• الحياة على المريخ – تقييمات للحياة المحتملة على المريخ 
• قائمة البعثات إلى المريخ
• مركبة استكشاف المريخ - مهمة ناسا لاستكشاف المريخ عبر مركبتين جوالتين 
• مختبر علوم المريخ – مهمة روبوتية أطلقت مركبة كيوريوسيتي الجوالة إلى المريخ في عام 2012 
• مهمة المريخ 2020 - علم الأحياء الفلكي: مركبة استكشاف المريخ التابعة لوكالة ناسا 
• مقارنة أنظمة الحاسوب المدمجة على متن مركبات استكشاف المريخ

• موقع ناسا/مختبر الدفع النفاث لمركبة مارس باثفايندر