Zamislite si ta scenarij. Leto je 2030 ali po njem. Po šestih mesecih plovbe z Zemlje ste vi in več drugih astronavtov prvi človek na Marsu. Stojite na tujem svetu, prašno rdeča umazanija pod nogami in gledate naokoli kup rudarske opreme, ki so jo odložili prejšnji robotizirani zemljarji.
V ušesih odmevajo zadnje besede nadzorovanja misije: "Vaša misija, če se želite s tem sprijazniti, je, da se vrnete na Zemljo - če je le mogoče z gorivom in kisikom, ki ga pridobivate iz peskov Marsa. Vso srečo!"
Zveni dovolj preprosto, rudarjenje surovin s skalnatega, peščenega planeta. To počnemo tukaj na Zemlji, zakaj ne tudi na Marsu? Vendar ni tako preprosto, kot se sliši. Nikoli ni ničesar o zrnati fiziki.
Granularna fizika je znanost o zrnih, vse od zrn koruze do zrn peska do kave. To so običajne vsakdanje snovi, vendar jih je težko pričakovati. En trenutek se obnašajo kot trdne snovi, naslednjič kot tekočine. Razmislite o smetišču, polnem gramoza. Ko se tovornjak začne nagibati, gramoz ostane v trdnem kupu, dokler pod določenim kotom nenadoma ne postane gromka skala.
Razumevanje zrnate fizike je bistvenega pomena za oblikovanje industrijskih strojev za ravnanje z ogromnimi količinami majhnih trdnih snovi - kot drobnega marsovskega peska.
Težava je tudi v tem, da tudi tu na Zemlji "industrijski obrati ne delujejo zelo dobro, ker ne razumemo enačb za granulirane materiale, kot tudi razumemo enačbe za tekočine in pline," pravi James T. Jenkins, profesor teoretičnih in uporabne mehanike na univerzi Cornell v Itcaci, NY "Zato elektrarne na premog delujejo z nizko učinkovitostjo in imajo višje stopnje odpovedi v primerjavi z elektrarnami na tekoče gorivo ali s plinom."
Torej, "razumemo zrnato predelavo dovolj dobro, da to lahko opravimo na Marsu?" je vprašal.
Začnimo z izkopom: "Če kopljete jarek na Marsu, kako strme so lahko strani in ostanejo stabilne, ne da bi se pri tem javili?" se sprašuje Stein Sture, profesor za civilno, okoljsko in arhitekturno tehniko ter izredni dekan na Univerzi v Koloradu v Boulderju. Dokončnega odgovora še ni. Sloj prašnih tal in kamnin na Marsu ni dovolj znan.
Sture poudarja, da so nekatere informacije o mehanski sestavi zgornjega metra ali več marsovskih tal pridobljene z zemeljskim prodirjem ali drugimi sondirnimi napravami, vendar veliko globlje in "verjetno morate vzeti vzorce jedra." Nasin izletnik Mars Phoenix Mars (pristanek 2008) bo lahko izkopal jarke približno pol metra globoko; Marsov znanstveni laboratorij 2009 bo lahko razrezal kamnita jedra. Obe misiji bosta zagotovili dragocene nove podatke.
Da bi šli še globlje, Sture (v povezavi s Centrom za vesoljsko gradnjo Univerze v Koloradu) razvija inovativne kopače, katerih posel se vibrira v tla. Agitacija pomaga razbiti kohezivne vezi, ki držijo stisnjena tla, poleg tega pa lahko zmanjša tveganje, da se tla zrušijo. Stroji, kot je ta, bodo morda nekega dne odšli tudi na Mars.
Dodatna težava so tudi "lijaki" - rudarji lijakov, ki vodijo pesek in gramoz na transportne trakove za obdelavo. Poznavanje marsovskih tal bi bilo ključnega pomena pri načrtovanju najučinkovitejših rezervoarjev brez vzdrževanja. "Ne razumemo, zakaj se hmeljarji zagozdijo," pravi Jenkins. Zastoji so pravzaprav tako pogosti, da "na Zemlji ima vsak hmelj blizu sebe." Z udarcem v rezervoar se zagozdi. Na Marsu, kjer bi bilo le nekaj ljudi, ki bi nagibali opremo, bi želeli, da bi kovčki delovali bolje od tega. Jenkins in sodelavci raziskujejo, zakaj zrnat pretok jamra.
In potem je prevoz: Mars roverji Spirit in priložnost imajo od leta 2004 malo težav s prevoženimi kilometri po svojih pristajalnih mestih. Vendar so ti roverji približno velikosti povprečne pisarniške mize in približno tako veliki kot odrasli. V primerjavi z masivnimi vozili, ki so morda potrebna za prevoz ton marsovskega peska in skale, so tovorna vozila. Pri večjih vozilih se bodo morali težje spoprijeti.
Sture pojasnjuje: Že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so znanstveniki prvič preučevali možne roverje na sončno energijo za pogajanja o ohlapnih peskih na Luni in drugih planetih, so izračunali, "da je največji vzdržen neprekinjeni tlak za kotalni kontaktni tlak nad marsovskimi tlemi le 0,2 funta na kvadratni palec (psi), “še posebej, ko se vozite po pobočju navzgor ali navzdol. To nizko število je potrdilo vedenje Duha in priložnosti.
Kotalni kontaktni tlak le 0,2 psi “pomeni, da mora biti vozilo majhno ali da mora učinkovito razporejati tovor na številna kolesa ali tire. Znižanje kontaktnega tlaka je ključnega pomena, zato se kolesa ne kopajo v mehko zemljo ali ne prebijejo duricrusts (tanki listi cementiranih tal, kot je tanka skorja na vetrovnem snegu na Zemlji) in se zataknejo. "
Ta zahteva pomeni, da je lahko vozilo za premikanje težjih tovorov - ljudje, habitati, oprema - "ogromna zadeva Fellinija s kolesi premera 4 do 6 metrov", pravi Sture, ki se sklicuje na slavnega italijanskega režiser nadrealističnih filmov. Ali pa ima lahko ogromne kovinske tekalne plasti z odprtimi mrežami, kot je križ med zapornimi konstrukcijskimi konstrukcijami na Zemlji in lunarnim roverjem, ki se je uporabljal med programom Apollo na Luni. Tako vozila z gosenicami ali s trakovi se zdijo obetavna za veliko koristnih tovorov.
Končni izziv, s katerim se soočajo zrnati fiziki, je ugotoviti, kako ohraniti opremo, ki deluje prek Marsovih sezonskih prašnih neviht. Marsovske nevihte vihrajo droben prah po zraku s hitrostmi 50 m / s (100+ mph), čistijo vsako izpostavljeno površino, sejejo v vsako vrzel, zakopavajo izpostavljene strukture, naravne in človeške, in zmanjšajo vidljivost na metre ali manj. Jenkins in drugi preiskovalci preučujejo fiziko aeolnega [vetra] transporta peska in prahu na Zemljo, da bi razumeli nastanek in premikanje sipin na Marsu, pa tudi, da ugotovijo, katera mesta za morebitne habitate so najbolje zaščitena pred prevladujočimi vetrovi ( na primer v drožih velikih kamnin).
Če se vrnemo k velikemu vprašanju Jenkinsa, "ali razumemo zrnato predelavo dovolj dobro, da to lahko opravimo na Marsu?" Moteč odgovor je: še ne vemo.
Delo z nepopolnim znanjem je na Zemlji v redu, ker ponavadi nihče ne trpi veliko zaradi te nevednosti. Toda na Marsu bi neznanje lahko pomenilo zmanjšano učinkovitost ali še slabše preprečilo astronavtom, da bi izkopali dovolj kisika in vodika, da bi vdihnili ali porabili za gorivo za vrnitev na Zemljo.
Granularni fiziki, ki analizirajo podatke z marsovskih roverjev, gradijo nove stroje za kopanje, tinkturajo z enačbami, najbolje najdejo odgovore. Vse to je del Naseine strategije, da se naučimo, kako priti na Mars… in spet nazaj.
Izvirni vir: [zaščiten e-poštni naslov]
