ลองนึกภาพสถานการณ์นี้ ปีคือ 2030 หรือประมาณนั้น หลังจากเดินทางหกเดือนจากโลกคุณและนักบินอวกาศหลายคนเป็นมนุษย์คนแรกบนดาวอังคาร คุณกำลังยืนอยู่บนโลกมนุษย์ต่างดาวดินสกปรกสีแดงที่เต็มไปด้วยฝุ่นอยู่ใต้ฝ่าเท้าของคุณมองไปรอบ ๆ ที่อุปกรณ์ขุดจำนวนมากที่หุ่นยนต์ก่อนหน้านี้จอดไว้
เสียงสะท้อนในหูของคุณเป็นคำพูดสุดท้ายจากการควบคุมภารกิจ:“ ภารกิจของคุณคุณควรจะยอมรับมันคือกลับไปยังโลก - ถ้าเป็นไปได้โดยใช้เชื้อเพลิงและออกซิเจนที่คุณขุดจากทรายบนดาวอังคาร โชคดี!"
มันฟังดูง่ายพอที่จะขุดวัตถุดิบจากดาวเคราะห์หินและทราย เราทำบนโลกนี้ทำไมไม่มาอยู่บนดาวอังคารด้วย แต่มันไม่ง่ายอย่างที่คิด ไม่เคยมีเรื่องเกี่ยวกับฟิสิกส์แบบละเอียดเลย
ฟิสิกส์เม็ดเล็กเป็นศาสตร์แห่งธัญพืชทุกอย่างตั้งแต่เมล็ดข้าวโพดจนถึงเม็ดทรายจนถึงกากกาแฟ สิ่งเหล่านี้เป็นสารที่พบได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน แต่ก็ยากที่จะคาดเดาได้ สักครู่หนึ่งพวกเขาทำตัวเหมือนของแข็งของเหลวต่อไป พิจารณารถดัมพ์ที่เต็มไปด้วยกรวด เมื่อรถบรรทุกเริ่มเอียงกรวดจะยังคงอยู่ในกองที่มั่นคงจนกระทั่งในมุมหนึ่งมันจะกลายเป็นแม่น้ำหินที่ฟ้าร้อง
การเข้าใจฟิสิกส์เชิงอนุภาคเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบเครื่องจักรอุตสาหกรรมเพื่อจัดการกับของแข็งขนาดเล็กจำนวนมากเช่นทรายดาวอังคารละเอียด
ปัญหาคือแม้ที่นี่บนโลก“ โรงงานอุตสาหกรรมทำงานได้ไม่ดีนักเพราะเราไม่เข้าใจสมการสำหรับวัสดุที่เป็นเม็ดเช่นเดียวกับที่เราเข้าใจสมการของของเหลวและก๊าซ” เจมส์ตันเจนกินส์ศาสตราจารย์ด้านทฤษฎีและ กลศาสตร์ประยุกต์ที่ Cornell University ใน Ithaca, NY“ นั่นเป็นสาเหตุที่โรงไฟฟ้าถ่านหินใช้พลังงานต่ำและมีอัตราความล้มเหลวสูงกว่าเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวหรือก๊าซเป็นเชื้อเพลิง”
ดังนั้น“ เราเข้าใจการประมวลผลแบบละเอียดดีพอที่จะทำบนดาวอังคารได้หรือไม่” เขาถาม.
เริ่มต้นด้วยการขุด:“ ถ้าคุณขุดคูบนดาวอังคารข้างเคียงจะสูงชันและคงที่ได้อย่างไรโดยไม่ยุบตัว” มหัศจรรย์ Stein Sture ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาสิ่งแวดล้อมและสถาปัตยกรรมและผู้ช่วยคณบดีที่มหาวิทยาลัยโคโลราโดใน Boulder ยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจน แต่อย่างใด ชั้นของดินที่มีฝุ่นและหินบนดาวอังคารยังไม่เป็นที่รู้จักมากนัก
ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับองค์ประกอบเชิงกลของดินบนดาวอังคารหรือดินบนดาวอังคารอาจได้รับจากเรดาร์ที่เจาะทะลุพื้นดินหรืออุปกรณ์ที่ทำให้เกิดเสียง Sture ชี้ให้เห็น แต่ยิ่งลึกมากและคุณอาจต้องใช้ตัวอย่างแกนกลาง Phoenix Mars Lander (ลงจอดปี 2008) ของนาซ่าจะสามารถขุดสนามเพลาะได้ลึกประมาณครึ่งเมตร ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ของดาวอังคารปี 2009 จะสามารถตัดแกนหินออกได้ ทั้งสองภารกิจจะให้ข้อมูลใหม่ที่มีค่า
ยิ่งไปกว่านั้น Sture (ที่เกี่ยวข้องกับศูนย์การก่อสร้างอวกาศแห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโด) กำลังพัฒนาผู้ขุดนวัตกรรมที่ธุรกิจของพวกเขาสั่นสะเทือนในดิน ความปั่นป่วนช่วยทำลายพันธะที่ยึดเกาะกันของดินที่ถูกอัดแน่นเข้าด้วยกันและยังสามารถช่วยลดความเสี่ยงของการยุบตัว เครื่องจักรเช่นนี้อาจไปยังดาวอังคารในวันหนึ่งเช่นกัน
ปัญหาอีกอย่างคือ“ กรวย” - ตัวทำเหมืองช่องทางใช้เพื่อเป็นแนวทางในทรายและกรวดบนสายพานลำเลียงสำหรับการแปรรูป ความรู้เกี่ยวกับดินบนดาวอังคารจะมีความสำคัญในการออกแบบกรวยที่มีประสิทธิภาพและไม่ต้องบำรุงรักษา “ เราไม่เข้าใจว่าทำไมกรวยขากระดาษติดขัด” เจนกินส์กล่าว ในความเป็นจริงแล้วแยมติดขัดอยู่บ่อยครั้งว่า“ บนโลกทุกกระบอกสูบมีค้อนอยู่ใกล้ ๆ ” การต่อสู้กับสิ่งที่กระโดดทำให้ติดขัด บนดาวอังคารที่ซึ่งมีคนเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่อยากจะซื้ออุปกรณ์คุณต้องการให้กรวยทำงานได้ดีกว่านั้น เจนกิ้นส์และเพื่อนร่วมงานกำลังค้นคว้าว่าเพราะเหตุใดการไหลแบบละเอียด
จากนั้นก็มีการขนส่ง: วิญญาณและโอกาสบนดาวอังคารมีปัญหาเล็กน้อยในการขับรถไปรอบ ๆ พื้นที่ลงจอดตั้งแต่ปี 2004 แต่รถแลนด์โรเวอร์เหล่านี้มีขนาดประมาณโต๊ะทำงานเฉลี่ยและมีขนาดใหญ่เท่ากับผู้ใหญ่ พวกเขาเป็นรถเข็นเทียบกับยานพาหนะขนาดใหญ่ที่จำเป็นสำหรับการขนส่งทรายและหินบนดาวอังคาร ยานพาหนะที่ใหญ่ขึ้นจะมีเวลาที่ยากขึ้นในการเดินทาง
Sture อธิบาย: เร็วเท่าทศวรรษที่ 1960 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษายานสำรวจพลังงานแสงอาทิตย์ที่เป็นไปได้ครั้งแรกสำหรับการเจรจากับหาดทรายที่ว่างบนดวงจันทร์และดาวเคราะห์ดวงอื่นพวกเขาคำนวณ“ ว่าแรงกดดันต่อเนื่องที่มีศักยภาพสูงสุด ตารางนิ้ว (psi)” โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเดินทางขึ้นหรือลงทางลาด ตัวเลขที่ต่ำนี้ได้รับการยืนยันโดยพฤติกรรมของวิญญาณและโอกาส
แรงกดสัมผัสเพียง 0.2 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว“ หมายความว่ายานพาหนะจะต้องมีน้ำหนักเบาหรือต้องมีวิธีกระจายโหลดไปยังล้อหรือแทร็คหลาย ๆ ตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ การลดแรงกดสัมผัสเป็นสิ่งสำคัญดังนั้นล้อไม่ได้ขุดลงไปในดินอ่อนหรือเจาะผ่านพื้นผิวที่มีความทนทาน (เช่นแผ่นดินซีเมนต์บาง ๆ เช่นเปลือกบาง ๆ บนหิมะที่ถูกลมพัดบนโลก] และติดอยู่”
ความต้องการดังกล่าวบ่งบอกว่ายานพาหนะสำหรับการเคลื่อนย้ายสิ่งของที่มีน้ำหนักมากขึ้น - คนที่อยู่อาศัยอุปกรณ์ - อาจเป็น“ สิ่งของประเภทเฟลลีนี่ขนาดใหญ่ที่มีล้อ 4 ถึง 6 เมตร (12 ถึง 18 ฟุต)” เส้นผ่านศูนย์กลางกล่าว ผู้กำกับภาพยนตร์เซอร์เรียล หรือมันอาจจะมีดอกยางโลหะแบบเปิดโล่งขนาดมหึมาเช่นข้ามระหว่างแบคโฮการก่อสร้างทางหลวงบนโลกและยานสำรวจดวงจันทร์ที่ใช้ในโครงการอะพอลโลบนดวงจันทร์ ดังนั้นยานพาหนะที่ถูกติดตามหรือคาดเข็มขัดดูเหมือนจะมีแนวโน้มในการบรรทุกน้ำหนักบรรทุกขนาดใหญ่
ความท้าทายครั้งสุดท้ายที่นักฟิสิกส์เม็ดเล็กกำลังเผชิญอยู่คือการหาวิธีที่จะทำให้อุปกรณ์ทำงานผ่านพายุฝุ่นตามฤดูกาลของดาวอังคาร ดาวอังคารพายุพัดฝุ่นละอองละเอียดผ่านอากาศด้วยความเร็ว 50 m / s (100+ mph) กำจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิวที่สัมผัสทุกครั้งลอดเข้าไปในรอยแยกทุกหลุมฝังโครงสร้างที่เปิดเผยทั้งตามธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นและลดการมองเห็นเมตร Jenkins และนักวิจัยคนอื่นกำลังศึกษาฟิสิกส์ของ aeolian [ลม] ที่ส่งทรายและฝุ่นบนโลกทั้งคู่เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการก่อตัวและการเคลื่อนตัวของเนินทรายบนดาวอังคารและเพื่อยืนยันว่าไซต์ใดในที่อยู่อาศัยในท้ายที่สุด ตัวอย่างเช่นในหินขนาดใหญ่)
กลับไปที่คำถามที่ยิ่งใหญ่ของเจนกินส์“ เราเข้าใจการประมวลผลแบบละเอียดดีพอที่จะทำบนดาวอังคารได้หรือไม่” คำตอบที่ไม่มั่นคงคือ: เรายังไม่รู้
การทำงานกับความรู้ที่ไม่สมบูรณ์นั้นไม่เป็นไรบนโลกเพราะโดยปกติแล้วจะไม่มีใครทนทุกข์ทรมานมากจากความเขลานั้น แต่บนดาวอังคารความไม่รู้อาจหมายถึงประสิทธิภาพที่ลดลงหรือแย่กว่านั้นคือการป้องกันไม่ให้นักบินอวกาศทำการขุดอ็อกซิเจนและไฮโดรเจนให้หายใจหรือใช้เชื้อเพลิงเพื่อกลับสู่โลก
นักฟิสิกส์เม็ดเล็กทำการวิเคราะห์ข้อมูลจากยานสำรวจดาวอังคารสร้างเครื่องจักรขุดใหม่การตกแต่งด้วยสมการกำลังดำเนินการอย่างดีที่สุดเพื่อค้นหาคำตอบ เป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์ของนาซ่าในการเรียนรู้วิธีเดินทางไปยังดาวอังคาร ... และกลับมาอีกครั้ง
แหล่งที่มาเดิม: [ป้องกันอีเมล]
