وفي عام 1969 أنهى مسباري  Mariner 6 & 7 من اول مهمة مزدوجة إلى المريخ للهبوط فوق المناطق القطبية الجنوبية ومنطقة الاستواء كما انه بواسطة المجسات المتحركة التابعة لهم قاما بتحليل السطح والغلاف الجوي للمريخ هذا بالإضافة إلى تسجيل وإرسال مئات الصور إلى الأرض.

وفي 29 يوليو من نفس العام 1969 وقبل الوصول إلى اقرب نقطة على المسار بالنسبة للمريخ فقد الاتصال مع مارينر 7، وتبين لاحقا ان أحد البطاريات فيه قد انفجرت. ورغم ذلك فكانت المعلومات التي أرسلها مارينر 7 إلى الأرض قبل حدوث عطل البطارية كان مفيدا للغاية حيث روعيت في أخدها بعض بيانات مكتسبة من مارينر 6.

عن طريق الصدفة، هبط كلاهما فوق مناطق الفوهات متغيبين عن اكتشاف مناطق البراكين الشمالية العملاقة والوادي الاستوائي الكبير الذي تم اكتشافه لاحقا
ومن الجدير ذكره أن الصور التابعة لهم أظهرت ان السمات المظلمة التي تم رصدها على سطح المريخ لم تكن قنوات كما تم تفسيرها في القرن التاسع عشر. 

الإطلاق

جرى بناء ثلاثة مسبارات مارينر من أجل المهمة، اثنان للطيران وواحد احتياطي في حال فشل المهمة. شُحنت المركبات الفضائية إلى كيب كانافيرال على متن صواريخ أطلس سينتور في ديسمبر عام 1968 ويناير عام 1969 للبدء بعمليات الفحص والاختبار ما قبل الإطلاق.

خضعت مارينر6 لعملية عد تنازلي محاكاة في المنصة 36 إيه في مجمع الإطلاق في 14 فبراير، وشُغلت الطاقة الكهربائية، لكن لم يتم تزويد المعززات بالمادة الدافعة. تعطل المرحل الكهربائي في أطلس أثناء التشغيل التجريبي، وانفتح صمامين في نظام الغاز المضغوط، مما سمح بتسرب ضغط غاز الهيليوم من قشرة بالون المعزز. بدأ أطلس بالانهيار، لكن فعّل اثنان من تقنيي المنصة بسرعة مفتاح التجاوز اليدوي لإغلاق الصمامات وضخ الهيليوم مرة أخرى في المعزز.

على الرغم من تأمين مارينر6 ومرحلة سينتور (مرحلة عليا في صاروخ أطلس) الخاصة بها، إلّا أن أطلس تعرض لضرر هيكلي ولم يمكن إعادة استخدامه، لذلك جرى نقلهما عن الصاروخ ووضعا في أعلى مركبة إطلاق مارينر7 على منصة الإطلاق المجاورة 36بي في مجمع الإطلاق، بينما استُخدم صاروخ أطلس آخر من أجل مارينر7. منحت ناسا التقنيان سريعا البديهة بيل ماكلور وتشارلز (جاك) بيفرلن ميدالية الشجاعة الاستثنائية لشجاعتهما في المخاطرة بسحقهما تحت الصاروخ الذي يبلغ طوله 124 قدم.

سُمّي جرف على المريخ زاره مؤخرًا روفر ناسا أبورتيونيتي بجرف ماكلور- بيفرلن تكريمًا لهذا الزوج الذي توفي منذ ذلك الحين. غادرت مارينر6 من المنصة 36 بي في مجمع الإطلاق في كيب كانافيرال في 25 فبراير عام 1969 على متن أطلس سينتور إيه سي -20، وغادرت مارينر7 من المنصة 36إيه في مجمع الإطلاق في 27 مارس على متن أطلس سينتور إيه سي- 19. سارت مرحلتي التعزيز لكل من المركبتين وفقًا للخطة، ولم تحدث أية شذوذات خطيرة في أي من مركبات الإطلاق. جمّد تسرب طفيف في الأكسجين السائل بعض من مجسات القياس عن بعد في الصاروخ إيه سي-20، وقد سُجل هذا على أنه انخفاض في ضغط وقود محرك المداومة، ومع ذلك، أدى المحرك عمله بشكل طبيعي خلال الرحلة المُزودة بالطاقة. بالإضافة إلى ذلك، توقف محرك المعزز عن العمل قبل الوقت اللازم ببضعة ثواني بسبب خطأ في مفتاح القطع، مما أدى لوقت احتراق أطول من الوقت المُراد لمحرك المداومة ومرحلة سينتور، لكن لم يشكل هذا تأثيرًا خطيرًا على أداء المركبة أو على مسار الرحلة.

أُطلق الصاروخ إيه سي-20 عند سمت بلغ 108 درجة. أُعدّت مرحلة سينتور في كلا الرحلتين لإنجاز مناورة كبح صاروخي بعد انفصال الكبسولة. ساعد هذا في غرضين، الأول هو منع تسرب المادة الدافعة من مرحلة سينتور المنتهية من الاتصال بالمسبار، وثانيًا لوضع المركبة في مسار يرسلها في مدار شمسي ويمنعها من الاصطدام بالمريخ، وذلك تجنبًا لتلوث محتمل للمريخ بميكروبات الأرضية.

مركبة الهبوط  والمسبار الخاصين بمارس باثفايندر كانا محملين بالمعدات اللازمة لجمع الملاحظات العلمية والمعلومات الهندسية حول التقنيات الجديدة المستخدمة فيه، هذا بالإضافة إلى معدات علمية أخرى لدراسة وتحليل الغلاف الجوي، المناخ، جيولوجيا، وتركيبة الصخور للكوكب الأحمر. طبّقت المركبة طريقة مبتكرة للدخول مباشرة إلى سطح المريخ بالإضافة إلى باراشوت -لتبطيئ نزولها من خلال الغلاف الجوي الرقيق لهذا الكوكب- ووسائد هوائية للتصدي للصدمات.  

منذ هبوط هذه المركبة على سطح المريخ وحتى آخر معلومة تم تفلها منها عام 1997 : استطاعت جمع 2.3 بليون معلومة تضم أكثر من 16500 صورة من مركبة الهبوط و 550 صورة من المسبار كما أنها قامت بما يزيد عن 15 تحليل كيميائي للصخور والتربة و معلومات إضافية عن الرياح وعوامل الطقس الأخرى. وبعد التحري من هذه المعلومات التي قام بجمعها المسبار ومركبة الهبوط  بمعداتهم العلمية  تم التوصل إلى أن ماضي المريخ كان رطبًا ودافئًا. 

تم إطلاق اسم محطة  Carl Sagan التذكارية على مركبة الهبوط بعد نجاحها في النزول الآمن إلى سطح المريخ. وتم تسمية المسبار ب Sojourner نسبة إلى المؤيد للقضاء على العنصرية الأمريكي  Sojourner Truth كلاهما تجاوزوا العمر المخصص لهما :مركبة الهبوط ب 3 أضعاف العمر المقرر لها والمسبار ب 12 ضعف العمر المقرر له . 

المعدات العلمية التابعة لمركبة Mars Pathfinder

– مقياس طيف الأشعة السينية: ساهم في المساعدة على تحديد التكوين العنصري للصخور والرمال المريخية .
– ثلاث كاميرات : ساهمت في تزويد الدراسات الجيولوجية بصور عن التضاريس المحيطة ووثقت أداء وطبيعة تشغيل التقنيات المختلفة لمركبة Pathfinder.
– معدات لقياس الغلاف الجوي : خلال مرحلة دخول المركبة إلى سطح المريخ قامت بقياس الغلاف الجوي له وزودت مركبة الهبوط بالقياسات الجوية. 

أبرز ما أوجدته مركبة Mars Pathfinder

– ايجاد حصى وأحجار مستديرة في موقع الهبوط وبعض التكتلات التي من المرجح أن تكون قد تشكلت في المياه الجارية خلال الماضي الدافئ عندما كانت المياه متوفرة. 
– تقديم قياسًا دقيقا لموقع الهبوط و قطب دوران المريخ والتي أشارت إلى أن نصف قطر قلب المعدن المركزي للكوكب أكبر من 800 ميل (1300 كيلومتر) ولكنه أقل من 1250 ميل (2000 كيلومتر) تقريبًا .
– الغبار المنقول بالهواء مغناطيسي ، وخصائصه تشير إلى أن الماغمايت هو المعدن المغناطيسي الذي ينتشر فيه ، والذي ربما يكون قد تم تجميده علىالاجسام كصبغة أو أسمنت.وربما تكون دورة المياه النشطة في الماضي قد سحبت الحديد من المواد الموجودة على القشرة . 
– رصد الغبار الذي تم قياسه بواسطة أجهزة استشعار درجة الحرارة والرياح والضغط. وتم التوصل إلى أن هذه الهبات مركبة من مجموعة من الغبار الموجودة في الغلاف الجوي.
– رؤية  السحب الثلجية للماء في الصباح الباكر في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي 

تم تسجيل تقلبات مفاجئة في درجات الحرارة في الصباح-مما يشير إلى أن الغلاف الجوي يسخن نتيجة لسخونة سطح الكوكب  – ومن ثم انتقالها لأعلى في دوامات صغيرة.

استطاعت قياسات  مارس أوديسي من تمكين العلماء من إنشاء خرائط للعناصر الكيميائية والمعدنية ،وتعريفهم بالمناطق التي تحتوي على جليد مدفون وهذا بالإضافة إلى استخدامها الصور التي تقيس درجة حرارة السطح التي زودتنا بالمناظر الخلابة لتضاريس المريخ. كما أن هذه المركبة في بدايتها استطاعت معرفة أن الإشعاع في مدار  كوكب المريخ المنخفض هو ضعف الإشعاع في مدار الأرض المنخفض وهذه المعلومة مهمة جدًا بسبب الآثار الصحية المحتملة التي يمكن أن تصيب الإنسان في حال ذهابه للاستكشاف في المريخ. 

نُعد مركبة مارس أوديسي مركبة تتبعية للمسابير ومراكب الهبوط في المريخ وذلك لأن الصور والقياسات الأخرى التابعة لها تساعد في التعرف على مواقع الهبوط الممكنة للمسابير ومركبات الهبوط المختلفة. ومن مراكب الهبوط و المسابير الفضائية التي قامت باتباعها : مسباري الفضاء  سبيريت وأبورتيونيتي، المسبار الفضائي فينيكس والعربة الفضائية الذكية كيوريوسيتي روفر .  

الهدف الرئيسي لهذه المهمة هو البحث عن عن المياه الجوفية في المريخ . حبث تم تزويد هذه المركبة بسبع معدات علمية والتي توصلت إلى تحريات دقيقة ،والتي بدورها ستساعد على الإجابة عن بعض الاستفسارات المتعلقة بالجيولوجيا، الغلاف الجوي، البيئة السطحية، تاريخ وجود المياه، وإمكانية وجود حياة على سطح الكوكب الأحمر . ومن الأمثلة على اكتشافات Mars Express -ولكن مازال العلماء يتناقشون من أجلها – هي استدلالها على وجود نشاط جليدي مؤخرًا، براكين المتفجرة ، وغاز الميثان. 

في البداية كانت هذه المركبة تحمل مركبة هبوط تُدعى Beagle 2  ولكن سرعان ما تم فقدانها أثناء دخولها المجال الجوي للكوكب في ديسمبر عام 2003.

انضمام ناسا لهذه المهمة الفضائية يكون بإرفاق رادار متطور يُدعى MARSIS بالمشاركة مع وكالة الفضاء الإيطالية .وهذا الرادار قام بالعديد من المهام منها : تزويد العلماء بمعلومات حول المعالم التي تقع أسفل سطح المريخ ، فوهات الحفر المدفونة ورواسب من طبقات الجليد المائي في أعمق طبقات السطح. وتتمثل أيضًا مشاركة ناسا عن طريق قيامها بتنسيق اتصالات أنظمة التتبع للتأكد من أن المركبات الفضائية تعمل معا بشكل جيد وقامت أيضًا بالمساهمة في جهاز  أداة تحليل الذرات المحايدة النشطة .

نظرة عامة علي المهمة

تهدف بعثة مارس إكسبريس إلى دراسة المدار (خاصة الأساسي) إلى جانب دراسة لبّ الكوكب وسطحه، وكذلك إلى دراسة المناخ والبيئة على سطح المريخ. و تُمثل بعثة مارس إكسبريس محاولة لتحقيق الأهداف العلمية التي فشلت في تحقيقها البعثة الروسية “مارس 96” ، متمّمةً بأبحاث بيولوجيا الفضاء التي تقوم بها “بيجل 2”. و من وجهة نظر علم مقارنة الكواكب، فإن دراسة المريخ لهي ضرورة أساسية من أجل فهم أفضل لكوكب الأرض. تحمل المركبة على متنها في الأصل سبع أجهزة علمية؛ قاعدة هبوط صغيرة، متتبع لمركبة الهبوط وكاميرا رصد بصري، كلها قد تم تصميمها للمساعدة في حلّ لغز مياه المريخ المفقودة. كل الأجهزة تأخذ قياسات السطح والغلاف الجوي ووسائل الاتصال بين الكواكب من المركبة الرئيسية في المدار القطبي، مما سيسمح لها بتغطية الكوكب بأكمله تدريجيًا. بلغت التكلفة الإجمالية الأولية لبعثة مارس إكسبريس 150 مليون يورو هذا باستثناء مركبة الهبوط. يُذكر أن عقد المقاولة الأوليّ لبناء المسبار الخاص ببعثة مارس إكسبريس كان من نصيب “أستريوم للأقمار الصناعية” التابعة لشركة الفضاء والدفاع الجويّ الأوروبية.

الإعداد للبعثة

في السنوات التي سبقت إطلاق المركبة الفضائية أعدت فرق عديدة من خبراء الشركات والمنظمات المساهمة؛ أعدت القطاعات الفضائية والأرضية. ركّز كل من هذه الفرق على مسئولياته وعلى الربط بينها كما هو مطلوب منه، غير أنه قد برز مطلب إضافي أساسي من أجل مرحلة الإطلاق والمدار الأوليّ وجميع العمليات التنفيذية الحاسمة وهي أنها لم تكن جاهزة للربط، ولذلك فقد اندمجت الفرق جميعها في فريق واحد متكامل من أجل تنفيذ المهام. كان لزامًا على جميع الخبراء أن يعملوا معًا في بيئة عملية وتنفيذية، وكذلك أن يكون هناك تناغم وسلاسة في الربط والتفاعل بين جميع عناصر النظام (البرمجيات والأجهزة، وكذلك العامل البشري) من أجل أن يتم ذلك :

– كان لابد من كتابه وتصحيح إجراءات عمليات الطيران وصولًا لأدق واصغرالتفاصيل وكذلك التحقق من سلامة نظام التحكم .
– كما وجب إجراء اختبارات للتحقق من صحة الأنظمة بواسطة القمر الصناعى لإنشاء الربط الصحيح بين القطاعات سواء على الأرض أو في الفضاء .
– كذلك كان لابد من إجراء اختبار الجاهزية للبعثة عن طريق تشغيل نظم المحاكاة بواسطة المحطات الأرضية.

الإطلاق

تم إطلاق المركبة في الثاني من يونيو لعام 2003 ، في الساعة 23:45 بالتوقيت المحلي لمدينة بايكونور في كازاخستان باستخدام صاروخ من طراز “سيوز/فريجات” ، وضعت (مارس اكسبريس) المركبة الفضائية والصواريخ المعززة مبدئيًا في المدار 200 كم حول الأرض، بعدها تم إطلاق الصاروخ مجددًا في الساعة 19:14 بالتوقيت العالمي لوضع المركبة في المدار حول المريخ . انفصل الصاروخ فريجات عن المركبة حوالي الساعة 19:17، وتم نشر الألواح الشمسية لاحقًا وتصحيح المسار في الرابع من يونيو من أجل توجيه مارس إكسبريس نحو المريخ والسماح للصاروخ التعزيزي فريجات بالهبوط في الفضاء بين الكواكب. يُعد مارس إكسبريس كأول مسبار روسي ينجح في اجتياز المدار الأرضي المنخفض منذ منذ سقوط الاتحاد السوفيتي .

مرحلة الملاحة القريبة من الأرض

امتدت مرحلة الملاحة القريبة من الأرض بداية من انفصال المركبة من المرحلة العليا للقاذف حتى اكتمال التحقق الأوّل للمسبار والحمولة. كما تتضمن نشر الألواح الشمسية واكتساب المسار المبدئى، مناورة تصحيح خطأ الحقن والتكليف الأول من المركبة والحمولة ((التكليف النهائى للحمولة حدث بعد دخول مدار المريخ)) . الحمولة تم فحصها كل آداة على حده، وهذه المرحلة استمرت نحو شهر واحد.

طور رحلة ما بين الكواكب

هذا الطور ذو الخمسة أشهر امتد منذ إنتهاء طور الملاحة بالقرب من الأرض إلى شهر واحد قبل مناورة الهبوط على المريخ و تضمن مناورات تصحيح المسار ومعايرة الحمولة . تم التخلص من معظم الحمولة أثناء هذا الطور باستثناء بعض المُراجِعات((الفواحص)) متوسطة المدى. و على الرغم من التخطيط بأن يكون هذا الطور طورًا هادئًا إلا أنه سرعان ما اتضح جليا أنه سيكون طورًا مشغولًا للغاية. حيث أنه كانت هناك مشاكل في محددات مواقع النجوم، وفي توصيلات أسلاك القوى الكهربية، ومناورات إضافية، وفي الثامن والعشرين من أكتوبر ضُربت المركبة بأحد أقوى التوهجات النجمية التى سجلت على الإطلاق.

إطلاق معدات الهبوط

قذفت معدات الهبوط بيجل 2 نحو السطح يوم التاسع عشر من ديسمبر في الساعة 8:31 بالتوقيت العالمى ودخلت الغلاف الجوى للمريخ في صباح الخامس والعشرين من ديسمبر، وكان المتوقع أن يحدث الهبوط في الساعة 2:45 بالتوقيت العالمي، لكن بعد عدة محاولات متكررة فاشلة للاتصال ب( بيجل 2) سواء عن طريق مارس اكسبريس او مسبار مركبة مارس أوديسي التابعة لناسا أعلن مجلس إدارة بيجل 2 فقدانها في السادس من فبراير 2004، وقد تم عمل تحقيق ونشرت نتائجه في وقت لاحق من نفس العام.

دخول المدار

صورة تم التقاطها في عام 2005 لمارس إكسبريس في مدار حول المريخ بواسطة مساح المريخ العالمي Mars Global Surveyor
وصلت المركبة “مارس إكسبريس” بعد رحلة 400 مليون كم وبعد تعديلات على المسار في سبتمبر وديسمبر 2003 . و في العشرين من ديسمبر أطلقت المركبة دفعة إحتراقية صغيرة وضعتها في الموقع المناسب لتبدأ في الدوران حول الكوكب . بعد ذلك شغل مسبار “مارس إكسبريس” محركه الرئيسي ودخل مدارًا أوليًّا على هيئة قطع ناقص بعداه 250 كم × 150,000 كم بزاوية ميل قياسها 25 درجة في الخامس والعشرين من ديسمبر الساعة 03:00 بالتوقيت العالمى (10:00 مساءً للرابع والعشرين من ديسمبر بتوقيت المنطفة الشرقية الأمريكية ). أول تقييم لدخول المسار أظهر أن المسبار قد وصل إلى أول معالمه على سطح المريخ. و قد تم تعديل المسار بعد ذلك بأربع إحتراقات دافعة للمحرك الأساسى حتى تم الوصول للمدار المطلوب (259 كم × 11,560 كم بزاوية ميل 86 درجة) و هو مدار شبه قطبى حيث أن المدار القطبى تكون زاوية ميله (90 درجة) و كانت الفترة التى تأخذها المركبة في الدوران حول الكوكب دورة كاملة هى 7.5 ساعة . بالقرب من أقرب نقطة من المريخ في المدار تم توجيه السطح الأمامى للمركبة إلى سطح المريخ و بالقرب من أبعد نقطة من المريخ في المدار يتم توجيه الهوائي ذو الكسب العالى إلى الأرض للإرسال والإستقبال . و بعد 100 يوم من الدوران حول الكوكب تم تقليل بُعد أبعد نقطة من المريخ في المدار إلى 10,107 كم وتم زيادة قُرب أقرب نقطة من المريخ في المدار إلى 298 كم بحيث تصبح الفترة التى يستغرقها مسبار لإتمام دورة كاملة هى 6.7 ساعة .

نشر مارسيس

في الرابع من مايو لعام 2005 نشرت مارس إكسبريس أذرع التمدد لأول الرادارين والتي يبلغ طولها 20 متراً، وذلك تمهيداً لبدء تجربة مارسيس (رادار المريخ المتقدم للسبر الجوفي وسبر الغلاف الجوي)، لم يصل ذراع التمدد في بادئ الأمر للمكان المطلوب. و لكن تم إصلاح الخلل عن طريق تعريضه لـ أشعة الشمس لبضع دقائق، وذلك في العاشر من مايو. في الرابع عشر من يونيو تم نشر ذراع التمدد الآخر والبالغ من الطول 20 متر أيضاً. كلا الذراعين كانا مهمين لصنع هوائي ثنائي القطب بطول 40 متر واللازم حتى يبدأ مارسيس في العمل. في السابع عشر من يونيو تم إضافة هوائي آخر أحادي القطب بطول

نبذة تاريخية

كان المرجو من مركبة الهبوط التي شكلت جزءًا من مهمة ماسح المريخ 98 أن تجمع بيانات المناخ من أرض المريخ بالتزامن مع مركبة مدارية. اشتبهت ناسا بوجود كمية كبيرة من الماء المتجمد الذي ربما يكون موجودًا تحت طبقة رقيقة من التراب في القطب الجنوبي. كان المحتوى المائي محتمل الوجود في القطب الجنوبي للمريخ العامل الأقوى لاختيار موقع الهبوط وذلك أثناء التخطيط لمركبة الهبوط على قطب المريخ. وُضعت أسماء مليون طفل حول العالم في قرص مضغوط على متن المركبة كجزء من برنامج «أرسل اسمك إلى المريخ» المصمم لتشجيع الاهتمام بالبرنامج الفضائي بين الأطفال.

كانت الأهداف الأساسية للمهمة هي:

– الهبوط على الأرض ذات الطبقات في منطقة القطب الجنوبي للمريخ.
– البحث عن دليل متعلق بالمناخات القديمة والتغيرات المناخية الدورية الأكثر حداثة.
– إعطاء صورة عن المناخ الحالي والتغير الموسمي عند خطوط عرض عالية، بالإضافة إلى تبادل بخار الماء بين أرض المريخ وغلافه الجوي بشكل خاص.
– البحث عن الجليد الأرضي القريب من السطح في المناطق القطبية، وتحليل التربة للبحث بشكل كيميائي وفيزيائي عن الماء وثاني أوكسيد الكربون المحجوزين.
– دراسة مورفولوجيا السطح (الأشكال والبُنى)، والجيولوجيا، والطبوغرافيا، والطقس في موقع الهبوط.

مسباري ديب سبيس 2

حملت مركبة الهبوط على قطب المريخ مسباري تصادم صغيرين متطابقين معروفين بـ «ديب سبيس2 إيه، وديب سبيس2 بي». كان هدف المسبارين الاصطدام بالسطح بسرعة عالية في المكان الذي إحداثياته 73 درجة جنوبًا، و210 درجة غربًا، من أجل التغلغل في التربة المريخية ودراسة التكوين تحت السطح حتى عمق يصل إلى متر. لكن فشلت محاولات الاتصال بالمسبارين بعد دخول الغلاف الجوي للمريخ.

تصميم المركبة الفضائية

بلغ عرض المركبة الفضائية 3.6 متر وطولها 1.06 متر مع الأخذ بعين الاعتبار الأرجل والمصفوفات الشمسية المنشورة بالكامل. بُنيت القاعدة بشكل أساسي من سطح ألمنيوم على شكل قرص العسل، وصفائح من الإيبوكسي-غرافيت شكّلت الحواف، وثلاثة أرجل من الألمنيوم. كانت الأرجل ستُنشر خلال الهبوط اعتبارًا من وضع الطي عن طريق نوابض الضغط، وسيجري امتصاص قوة الهبوط عن طريق إدراج قرص عسل مصنوع من الألمنيوم قابل للعصر (الانضغاط) في كل رجل. يوجد على متن مركبة الهبوط طوق قفص فاراداي حراري صغير يحتوي ضمنه الكومبيوتر، وإلكترونيات وبطاريات لتوزيع الطاقة، وإلكترونيات الاتصالات، ومكونات الأنبوب الحراري الحلقي (إل إتش بّي) للمضخة الشعرية، التي تحافظ على درجة حرارة قابلة للتشغيل، تضمنت كل من هذه المكونات وحدات احتياطية في حال تعطل أحدها.

نظرة تاريخية

بعد خسارة مركبة «مارس أوبزرفر» وبدء ارتفاع التكاليف المُرتبطة ببناء محطة الفضاء الدولية المستقبلية، بدأت ناسا في البحث عن مسابير أقل تكلفة وأصغر للمهام العلمية بين الكوكبية. في عام 1994، تم إنشاء لجنة تكنولوجيا المركبات الفضائية الصغيرة لوضع مبادئ توجيهية لبناء مركبات فضائية مُصغرة في المستقبل. حددت اللجنة أن الحد الجديد لكتلة المركبات الفضائية المُصغرة يجب أن يكون أقل من 1000 كيلوجرام (2200 باوند) مع أجهزة عالية التركيز. في عام 1995، بدأ برنامج مارس سورفيور الجديد كمجموعة من المهام المُصممة للقيام بأهداف محدودة بتكاليف منخفضة وعمليات إطلاق متكررة. كانت المهمة الأولى في البرنامج الجديد هي «الماسح الشامل للمريخ»، التي أُطلقت في عام 1996 لرسم خريطة للمريخ وتوفير البيانات الجيولوجية باستخدام الأدوات المُخصصة لمركبة مارس أوبزرفر. بعد مركبة الماسح الشامل للمريخ، حملت مارس كلايمت أوربتر أداتين، أحدهما مخصص في الأصل لمارس أوبزرفر، لدراسة مناخ وطقس كوكب المريخ.

تضمنت الأهداف العلمية الأساسية للمهمة ما يلي:

– تحديد توزيع المياه على المريخ.
– مراقبة الطقس اليومي والظروف الجوية.
– تسجيل التغييرات على سطح المريخ بسبب الرياح والتأثيرات الجوية الأخرى.
– تحديد ملامح درجة حرارة في الغلاف الجوي.
– مراقبة محتوى بخار الماء الغبار في الغلاف الجوي.
– البحث عن دليل على التغير المناخي في الماضي.

تصميم المسبار

الأدوات العلمية
يستخدم مقياس الأشعة تحت الحمراء المعدّل حسب ضغط (بّي إم آي آر آر) قنوات قياس إشعاع ضيقة النطاق وخليتين لتعديل الضغط لقياس الانبعاثات الجوية والسطحية في نطاق الأشعة تحت الحمراء الحرارية بالإضافة لقناة للضوء المرئي لقياس جزيئات الغبار والمواد المتكثفة في الغلاف الجوي وعلى السطح عند خطوط طول وخلال فصول مختلفة. كان «دانيال مكليز»، من مختبر الدفع النفاث (جاي بّي إل) ومعهد كاليفورنيا للتقنية (كالتك)، المحقق الرئيسي للمهمة. حُققت أهداف مماثلة في وقت لاحق مع أداة «مارس كلايمت ساوندر» أو «أداة فصح مناخ المريخ» على متن مسبار «مارس ريكونيسانس أوربيتر». تتضمن مهام هذه الأداة ما يلي:

– رسم خريطة للبنية الحرارية ثلاثية الأبعاد والمتغيرة بمرور الوقت من السطح حتى ارتفاع 80 كيلومتر.
– رسم خريطة لكمية الغبار الجوي وتنوعه العالمي والرأسي والزمني.
– رسم خريطة للتغيير الفصلي والمكاني للتوزيع الرأسي لبخار الماء في الغلاف الجوي على ارتفاع 35 كيلومتر على الأقل.
– التمييز بين المواد المتكثفة في الغلاف الجوي ورسم خريطة للاختلافات المكانية والزمانية.
– رسم خريطة للتغيرات الفصلية والمكانية للضغط الجوي.
– مراقبة توازن الإشعاع القطبي.

جهاز «مارس كالار إميجر» أو «تصوير المريخ بالألوان» (إم أيه آر سي آي) هو نظام تصوير مزود بكاميرتين (زاوية متوسطة/زاوية عريضة) مصمم لالتقاط صور لسطح المريخ والغلاف الجوي. في ظل الظروف المناسبة، يمكن التقاط صور بدقة تصل إلى 1 كيلومتر (3300 قدم). كان الباحث الرئيسي في هذا المشروع هو «مايكل مالين» من شركة أنظمة مالين لعلوم الفضاء، وأُعيد دمج المشروع مع مشروع مارس ريكونيسانس أوربيتر. تتضمن مهام هذه الأداة ما يلي:

– مراقبة عمليات الغلاف الجوي المريخي على المستوى العالمي وبشكل عام.
– دراسة تفاصيل تفاعل الغلاف الجوي مع السطح بمقاييس مكانية وزمانية متنوعة.
– فحص ميزات الملامح السطحية لتطور مناخ المريخ بمرور الوقت.

وتوصل كلا المسبارين إلى ظروف بيئية قديمة في المريخ تدل على  قابلية العيش فيه. واحد من أهم الأهداف العلمية لهذه المهمة هو البحث عن أكبر كمية لعينات من الصخور والتربة للاستدلال بهما على حقيقة النشاط المائي في الماضي على هذا الكوكب. هبط مسبار Spirit على فوهة جوزيف (Gusev Crater) التي من الممكن أن تكون بحيرة سابقة، وهبط مسبار أبورتيونيتي في المسطح الزوالي (Meridiani Planum) الذي يضم العديد من الرواسب المعدنية التي تدل على التاريخ المائي في المريخ .

تم دفع هذه المسابير إلى مركبة هبوط فضائية محمية بواسطة وسائد هوائية. عندما توقفا عن الدوران تم تفريغ وسائد الهواء وفتح مركبة الهبوط ومن ثم خرجت المسابير لالتقاط صور بانورامية والتي بدورها زوّدت العلماء بالمعلومات اللازمة لاختيار أهداف جيولوجية واعدة لتسرد لهم جزءًا من قصة الماء على سطح المريخ في الماضي. وبعدها انتقل المسبارين إلى مواقعهم لإجراء تحقيقاتهم العلمية عن كثب. ومنذ وصول هذين المسبارين إلى سطح المريخ  قاما بإرسال مئات الآلاف من الصور المذهلة إلى الارض والتي تعد صورًا  عالية الدقة وملونة تبين تضاريس سطح المريخ، هذا بالإضافة إلى الصور المجهرية المفصلة للصخور والتربة . 

يتميز هذين المسبارين باحتوائهما على  أربعة مقاييس طيفية مختلفة استطاعت جمع معلومات لا مثيل لها حول التركيب الكيميائي والمعدني للصخور والتربة الموجودة على سطح المريخ ،ويتميزان أيضًا باحتوائهما على أدوات خاصة لكشط الصخور علمًا بأنه لم  يتم إرسال مثل هذه الأدوات  من قبل إلى كوكب آخر، والتي بدورها مكنت العلماء من تفحص ما تحت أسطح الصخور الترابية لفحص تركيبتها الداخلية.

وبالمعلومات الصادرة عن المسبارين استطاع العلماء إعادة إحياء ماضي المريخ الذي كان مغمورًا بالماء. إن كل من سبيريت وأبورتيونيتي استطاعا إيجاد دلائل على ظروف بيئية رطبة من الممكن أن تكون برهانًا على وجود حياة ميكروبية على سطح المريخ. 

كشفت الدراسة التي أجراها مسبار أبورتيونيتي عن أدلة تثبت وجود بحيرات بلايا التي تبخرت لتتحول إلى رمال كبريتية وبفعل تأثير الرياح والماء على هذه الرمال تم تحويلها إلى صخور مغمورة في أعماق المياه الجوفية . بينما كشفت دراسة مسبار سبيريت الذي هبط في فوهة جوزيف (Gusev Crater) عن ظروف بازلتية في المريخ بحيث أنه بعد وصوله إلى “كولومبيا هيلز” وجد العديد من الصخور التي تدل على أن تاريخ كوكب المريخ كان يتميز بالتفاعلات والتصادمات، والبراكين المتفجرة ، والمياه الجوفية .ومن الجدير ذكره أن مسبار سبيريت اكتشف صخورًا ذات طبقات دقيقة وجذابة من الناحية الجيولوجية مثل تلك التي عثر عليها مسبار أبورتيونيتي.

تجاوز كل من سبيريت وأبورتيونيتي عمر مهمتهما المخطط لها لمدة 90 يومًا إلى سنوات عديدة حيث إن مسبار سبيريت استمر 20 مرة أكثر من ما هو مخطط له حتى رجع إلى الأرض في 22 من مارس ،2010 بينما استمر مسبار أبورتيونيتي بالعمل أكثر من عشر سنوات من إطلاقه حيث حطّم الرقم القياسي للسفر خارج الفضاء في عام 2015. 

 عثرت عربة Curiosity في بداية مهمتها من خلال معداتها العلمية على دلائل كيميائية ومعدنية في المريخ تثبت وجود بيئات قديمة كانت صالحة للعيش فيها. هذا بالإضافة إلى استمراريتها بالبحث عن الصخور التي من الممكن أن ترجع للزمان الذي كانت توجد به حياة ميكروبية في المريخ . 

حقائق حول عربة Curiosity الفضائية :

عملية مسح لفوهة جيل ( Gale Crater)

تقوم هذه العربة باستكشاف فوّهة جيل ( Gale Crater) عن طريق جمع العديد من عينات الصخور، والتربة، والهواء ومن ثم تقوم بتحليلها على متن العربة ذاتها. إن طول هذه العربة التي تكون بحجم السيارة حوالي طول لاعب كرة سلة وتستخدم ذراعًا بطول 7 أقدام لحمل الأدوات بالقرب من الصخور المحددة للدراسة. إن حجم هذه العربة يُمكّنها من حمل مجموعة من عشر أدوات علمية متقدمة. وتتميز هذه العربة بامتلاكها للعديد من الأدوات : لديها 17 كاميرا ،وليزر لتبخير ودراسة عينات صغيرة من الصخور من مسافات بعيدة ، ومثقاب لطحن عينات من الصخور لتجميعها وتحليلها . ومن الجدير ذكره أن هذه العربة صُممت خصيصًا للبحث عن صخور خاصة  تتشكل في الماء و / أو تحمل علامات عضوية. 

العربة القوية، الذكية، والفضولية

تتميز هذه العربة الذكية بأنها تحمل أحدث واكبر المعدات التي تُستخدم للدراسات العلمية على سطح المريخ ،حيث تمت الإشارة إلى  جيولوجيا وتاريخ مناخ المريخ في كيمياء وهيكل الصخور والتربة وعلى أساس ذلك تقوم هذه العربة بقراءة هذه الإشارات عن طريق تحليل العينات المطحونة بواسطة مثقابها وتقوم أيضًا بقياس البصمات الكيميائية الموجودة في الصخور والتربة المختلفة للتعرف على  تكوينها وتاريخها وبالأخص تفاعلاتها السابقة مع الماء.

عملية هبوط عربة Curiosity

تم وصول عربة Curiosity بسلام إلى المريخ خلال رحلة تكنولوجية مبتكرة اختبرت فيها طريقة هبوط جديدة كليًا. حيث تم انزال هذه العربة بواسطة باراشوت وقبل هبوطه بثواني أشعلَ نظام الهبوط المبتكر الصواريخ للسماح لها بالتحليق وبعد ذلك تم إنزالها إلى سطح الكوكب باستخدام حبل وبعدها هبطت العربة على عجلاتها وتم قص الحبل وأخيرا تطاير نظام الهبوط وتحطم بشكل آمن بعيدا عن العربة. 

مهمة مختبر علوم المريخ خطوة عظيمة لاستكشاف الكوكب الأحمر إليكم الأسباب

– بسبب نجاحها في عملية إنزال عربة ضخمة وثقيلة على سطح المريخ. 
– بسبب قدرتها على الهبوط بدقة في منطقة هبوط بطول 20 كم. 
– بسبب إثبات قدرتها على التنقل طويل المدى على كوكب المريخ لدراسة البيئات المتنوعة وتحليل العينات الموجودة في ظروف مختلفة.

دراسة تاريخ وجود المياه في المريخ

بعد سبعة أشهر من الملاحة نحو المريخ وستة أشهر من الكبح الهوائي لوصول المركبة المدارية MRO إلى مدارهُا. بدأ هذا المركبة بالبحث عن تاريخ وجود المياه على سطح هذا الكوكب من خلال معداتهُ العلمية المتطورة . وقامت هذه المعدات يدورها باستخدام تقنية التكبير الأمر الذي يمكننا من خلاله الحصول على صورة تقريبية للغاية لسطح المريخ وتحليل المعادن والبحث عن المياه الجوفية، ويمكننا أيضًا من تتبع كمية الغبار والماء الموزعة في الغلاف الجوي لهذا الكوكب، وأخيراً يمكننا من مراقبة الطقس اليومي.

هذه الدراسات كلها  ستعرفنا على بقايا المعادن الموجودة على الكوكب على مدى فترات طويلة من الزمن التي قد يكون سبب تشكلها الماء . هذا بالإضافة إلى بحثها عن دليل لوجود شواطئ لبحار وبحيرات قديمة  وتحليل الرواسب المتراكمة على شكل طبقات التي قد يرجع سبب تشكلها إلى المياه المتدفقة. 

هذه المهمة تقوم بفحص ما إذا كان الجليد المريخي الجوفي الذي اكتشفه مسبار المريخ أوديسي هو الطبقة العليا من رواسب الجليد العميقة أوما إذا كان مجرد طبقة سطحية في حالة توازن مع الغلاف الجوي.

رؤية التفاصيل الصغيرة على الكوكب الأحمر

قامت المركبة المدارية MRO  خلال دراستها كوكب المريخ بزيادة عدد المواقع التي تم مسحها عن قرب بمقدار عشرة أضعاف وذلك بفضل أحد كاميراتهُا التي تعد أكبر كاميرا تنطلق في مهمة فضائية . حيث أن هذه الكاميرا قادرة على التقاط ورصد أي موقع بحجم طاولة عشاء صغيرة مقارنة بالكاميرات السابقة التي كان أصغر موقع ترصده بحجم حافلة مدرسية. ومن الجدير قوله أن هذه القدرة  مكنت المركبة المداريّة من التعرف على بعض العقبات مثل وجود أحجار كبيرة تعترض طريق مركبات الهبوط الفضائية .

نظام اتصالات وملاحة فعال وضخم

إن أنظمة الاتصالات لهذه المركبة المداريّة ستزود المركبات الفضائية المستقبلية خدمات مهمة جدا،حيث تعتبر أول اقتران بجسر اتصالات يعود إلى الأرض -“إنترنت بين الكواكب” يمكن استخدامه من قبل العديد من المركبات الفضائية الدولية في السنوات القادمة – أظهرت هذه المركبة المداريّة عن طريق استخدامهُا تردد لاسلكي يسمى Ka-band إمكانية تحقيق أداء أكبر في الاتصالات باستخدام طاقة أقل بكثير.

تحمل هذه المركبة المداريّة أيضًا كاميرا ملاحة تجريبية و الذي سيؤدي حمل مثل هذه الكاميرا من قبل مسابير الفضاء المستقبلية  إلى التقاط صور عالية الدقة بين الكواكب التي بدورها ستقوم بتوجيه الهبوط القادم إلى المريخ توجيهًا دقيقًا. الأمر الذي سيؤدي إلى استكشاف مناطق مثيرة على سطح الكوكب ولكنها في نفس الوقت ستكون خطيرة . وخلال سنتين تمكن المسبارMRO من تحقيق جميع أهدافه العلمية.  

مافن هو مسبار فضائي صمم لدراسة الغلاف الجوي للمريخ بينما يدور حول المريخ. اطلق مافن في 18 نوفمبر 2013 من مركز كيندي للفضاء بولاية كاليفورنيا الأمريكية إلى كوكب المريخ في رحلة مدتها عشرة أشهر إلى المريخ . وصل المسبار إلى المريخ في الموعد المحدد في 22 سبتمبر 2014. مهمة مافن تركزت على دراسة الغلاف الجوي للمريخ وفحصه وأخذ عينات من بقايا الغلاف .

اتخذ المسبار بعد وصوله إلى المريخ مدارا بيضويا حوله ، اقرب نقطة على المدار تبعد عن الكوكب نحو 144 كيلومتر ,وأقصى ارتفاع له يصل إلى 6228 كيلومتر . يبلغ طول المسبار نحو 11 مترا وسوف يقوم بخمس عمليات انخفاض عميق للاقتراب من سطح المريخ . وسيتيح المسبار تعيين حجم الغلاف الجوي للمريخ كما يرجى معرفة أسباب اختفاء الجزء الأكبر من جو المريخ ، الشيء الذي يهمنا على الأرض ،إذ كان المريخ في الماضي له غلافا جويا مشابه لجو الارض ، ويترك اختفائه من المريخ علامة استفهام كبيرة لنا على الأرض.

إن لتلقي مركبة MAVEN قياسات دقيقة للغلاف الجوي للمريخ مساهمة كبيرة في فهم تغير مناخ الكوكب الأحمر الملفت عبر تاريخه.حيث كان للمريخ منذ فترة طويلة  غلافًا جويًا أكثر كثافة يوفر المياه على سطحه ، الأمر الذي أدّى إلى دعم الحياة الميكروبية عليه قديماً ،جزءًا من التغيير المناخي الكبير الذي حدث لهذا الكوكب الأحمر هو أن معظم أجزاء الغلاف الجوي له  تم فقدانها منذ فترة طويلة في الفضاء . حيث أصبح الغلاف الجوي الحالي للمريخ رقيقًا ولم يعد يسمح باستقرار المياه على سطحه ولم يتبق سوى بقايا لقنوات مياه مجففة ومعادن لا تتشكل إلا  بالماء كبصمة تدل على وجود  تاريخ مائي للمريخ في يوم من الأيام. 

تزودنا  مركبة MAVEN اليوم بجميع المعلومات اللازمة لمعرفة كيف وما هي سرعة فقدان الغازات من الغلاف الجوي للمريخ في الفضاء .نستدل من هذه المعلومات المفصلة على الأحداث التي كانت تجري بالماضي في الكوكب الأحمر، التي بدورها تزودنا بالمعلومات حول معرفة تأثير هذا التغيير على المناخ والظروف الجيولوجية والجيوكيميائية لهذا الكوكب والتي تعد ضرورية لمعرفة ما إذا كانت الظروف البيئية للمريخ مناسبة للعيش فيه أم لا.