۱۹ آوریل ۲۰۲۱، روزی که یک هواپیمای کوچک چهار پوندی در آسمان بهرنگ ماهی سالمونِ فراز دهانه جیزرو در مریخ اوج گرفت و نام خود را در تاریخ اکتشافات بشر حک کرد. هلیکوپتر مریخی اینجنیوتیِ ناسا —که با نام محبتآمیز «جینی» نیز شناخته میشود— نخستین پرواز موتوری و کنترلشده در سیارهای دیگر را با موفقیت انجام داد؛ دستاوردی چنان مهم که بهطور گسترده از آن بهعنوان «لحظه برادران رایت» عصر فضا یاد شده است. آنچه بهعنوان یک نمایش فناورانه ساده آغاز شد و قرار بود طی ۳۰ روز حداکثر پنج پرواز انجام دهد، به یکی از بزرگترین موفقیتهای ناسا تبدیل شد: ۷۲ پرواز طی نزدیک به سه سال اکتشاف هوایی در جهانی بیگانه.
لحظه برادران رایت در سیاره سرخ
سفر اینجنیوتی به سوی ثبت این رکورد، مدتها پیش از آنکه پرههایش در مریخ به چرخش درآیند آغاز شد. این هلیکوپتر در ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۰ از پایگاه نیروی هوایی کیپ کاناورال در فلوریدا به فضا پرتاب شد؛ در حالی که زیر بدنه مریخنورد استقامت بسته شده بود و به سوی مریخ میرفت. در ۱۸ فوریه ۲۰۲۱، مریخنورد در محل فرود «اکتاویا ای. باتلر»، نزدیک لبه غربی دهانه جیزرو با قطر ۴۵ کیلومتر (۲۸ مایل)، بر سطح مریخ نشست و محموله ارزشمند خود را به سلامت به این سیاره رساند.
هلیکوپتر در اوایل آوریل ۲۰۲۱ از مریخنورد جدا شد و در ۱۹ آوریل همان سال، ساعت ۰۷:۳۴ به وقت هماهنگ جهانی (UTC)، اینجنیوتی از مکانی که بعدها «میدان برادران رایت» نام گرفت به پرواز درآمد. در آن لحظه، این هلیکوپتر بهطور قطعی نشان داد که پرواز در جو فوقالعاده رقیق مریخ امکانپذیر است و به نخستین هواگرد تاریخ تبدیل شد که یک پرواز موتوری و کنترلشده خارج از زمین انجام میدهد. این دستاورد ماهیتی آزمایشی داشت و کاملاً مستقل از مأموریت علمی مریخنورد بود؛ اما پیامدهای آن بسیار فراتر از یک اثبات ساده امکانپذیری گسترش یافت.
غلبه بر جوی ناممکن
اهمیت چالش مهندسیای که اینجنیوتی بر آن غلبه کرد، قابل اغراق نیست. چگالی جو مریخ کمتر از یک درصد چگالی جو زمین است و همین موضوع پرواز پایدار را بهشدت دشوار میکند. ایجاد نیروی برآ در چنین هوای رقیقی تقریباً معادل پرواز دادن یک هلیکوپتر در ارتفاع ۳۴ هزار متری (۱۱۲ هزار پایی) در جو زمین است؛ ارتفاعی بسیار فراتر از توانایی هر وسیله پرنده چرخانهای متعارف.
طراحی اینجنیوتی نمونهای درخشان از مهندسی سبکوزن بود. این هلیکوپتر با جرم تنها ۱٫۸ کیلوگرم —که در گرانش کمتر مریخ وزن آن به ۰٫۶۸ کیلوگرم میرسید— به پرههای خلافگردانی مجهز شد که فاصله نوک تا نوک آنها کمی کمتر از ۱٫۲ متر بود. بدنه آن ۱۲۱ × ۴۹ × ۵۲ سانتیمتر اندازه داشت و این وسیله دو دوربین، حسگرهای اینرسی و یک ارتفاعسنج لیزری را بهعنوان ابزارهای اصلی خود حمل میکرد.
انرژی اینجنیوتی از یک پنل خورشیدی تأمین میشد که شش باتری لیتیوم-یون سونی مدل VTC4 را شارژ میکرد. این باتریها برای یک پرواز ۹۰ ثانیهای در هر روز مریخی انرژی کافی فراهم میکردند و توان ورودی معمول موتورها هنگام پرواز حدود ۳۵۰ وات بود. مشخصات اولیه طراحی، پروازهایی با برد حداکثر ۳۰۰ متر و ارتفاع حداکثر ۵ متر را در نظر گرفته بود؛ محدودیتهایی که این هلیکوپتر در نهایت آنها را بهطور چشمگیری پشت سر گذاشت.
شاید شگفتانگیزترین ویژگی اینجنیوتی این بود که خودش پرواز میکرد. از آنجا که امواج رادیویی برای پیمودن فاصله میان زمین و مریخ چند دقیقه زمان نیاز دارند، کنترل دستیِ همزمان امکانپذیر نبود. در عوض، هلیکوپتر برنامههای پروازی ارسالشده از سوی آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) را بهصورت خودکار اجرا میکرد و از طریق یک فرستنده-گیرنده زیگبی با ایستگاه پایهای روی مریخنورد استقامت ارتباط داشت.
از ایده تا واقعیت
مسیر شکلگیری اینجنیوتی در سال ۲۰۱۲ آغاز شد؛ زمانی که چارلز الاچی، مدیر JPL، از بخش سامانههای خودران این آزمایشگاه بازدید کرد؛ بخشی که پیشتر روی مفاهیم مرتبط کار کرده بود. ناسا و شرکت AeroVironment در سال ۲۰۱۴ طرح مفهومی یک هلیکوپتر شناسایی برای همراهی با مریخنورد را منتشر کردند و تا ژانویه ۲۰۱۵، ناسا با تأمین بودجه ساخت یک نمونه «کاهش ریسک» در اندازه واقعی موافقت کرد. تا اواسط سال ۲۰۱۶، درخواست ۱۵ میلیون دلار برای ادامه توسعه ارائه شد و تا دسامبر ۲۰۱۷، مدلهای مهندسی در جوی شبیهسازیشده از مریخ آزمایش شدند.
نکته قابل توجه این است که هنگام تصویب برنامه مریخ ۲۰۲۰ در ژوئیه ۲۰۱۴، نمایش پرواز یک هلیکوپتر نه در برنامه گنجانده شده بود و نه بودجهای برای آن اختصاص یافته بود. ورق زمانی برگشت و این پروژه بعدها بهعنوان یک افزودنی به مأموریت اصلی به ناسا راه یافت. با این حال، تیم مهندسی با تکیه بر شبیهسازیهای دقیق و آزمایشهای مکرر در محیطهای شبیهسازیشده، توانست یک فناوری کاملاً نوین را در مدت کوتاهی از مرحله مفهوم تا پرواز واقعی برساند.
میراثی فراتر از ۷۲ پرواز
اینجنیوتی تنها یک نمایش فناورانه نبود؛ این مأموریت راه را برای نسل جدیدی از کاوشگرهای هوایی در مریخ هموار کرد. موفقیت این هلیکوپتر ثابت کرد که پرواز در جو رقیق سیارات دیگر نه تنها ممکن است، بلکه میتواند بهعنوان ابزاری کارآمد برای نقشهبرداری، شناسایی مسیرهای ایمن برای مریخنوردها و حتی شناسایی مکانهای بالقوه برای استخراج نمونههای علمی به کار گرفته شود.
دادههای جمعآوریشده از ۷۲ پرواز اینجنیوتی، اطلاعات ارزشمندی درباره رفتار هوای مریخ، الگوهای باد و پویایی پرواز در جو رقیق ارائه داد که در طراحی کاوشگرهای هوایی آینده —چه برای مریخ و چه برای سیارات دیگر— استفاده خواهد شد. تیتان، قمر مشتری، با جو ضخیمتر از زمین، یکی از اهداف پیشرو برای کاوشهای هوایی است و مأموریت دراگونفلای ناسا نیز مستقیماً از دستاوردهای اینجنیوتی بهره خواهد برد.
پایان کار اینجنیوتی در ژانویه ۲۰۲۴ اعلام شد، زمانی که پرههایش در آخرین فرود آسیب دیدند. اما میراث این هلیکوپتر کوچک، فراتر از هر محدودیت فیزیکی، در طراحیهای آینده کاوشگرهای بینسیارهای ادامه خواهد یافت.
