इस परिदृश्य की कल्पना करें। वर्ष 2030 या उसके बाद है। पृथ्वी से छह महीने की यात्रा के बाद, आप और कई अन्य अंतरिक्ष यात्री मंगल पर पहले इंसान हैं। आप एक विदेशी दुनिया में खड़े हैं, अपने पैरों के नीचे धूल भरी धूल, पिछले रोबोट लैंडर्स द्वारा जमा किए गए खनन उपकरणों के एक समूह को देख रहे हैं।
आपके कानों में गूँज मिशन नियंत्रण से अंतिम शब्द हैं: "आपका मिशन, क्या आपको इसे स्वीकार करने के लिए परवाह करनी चाहिए, पृथ्वी पर लौटने के लिए है - यदि संभव हो तो आप ईंधन और ऑक्सीजन का उपयोग करके मंगल की रेत से मेरा उपयोग करें। सौभाग्य!"
यह काफी सरल लगता है, एक चट्टानी, रेतीले ग्रह से कच्चे माल का खनन। हम इसे पृथ्वी पर करते हैं, मंगल पर क्यों नहीं? लेकिन यह उतना आसान नहीं है जितना लगता है। दानेदार भौतिकी के बारे में कुछ भी नहीं है।
दानेदार भौतिकी अनाज का विज्ञान है, मकई की गुठली से लेकर कॉफी के मैदान तक सब कुछ। ये सामान्य रोजमर्रा के पदार्थ हैं, लेकिन इनका अनुमान लगाना थोड़ा मुश्किल हो सकता है। एक पल वे तरल पदार्थ की तरह व्यवहार करते हैं। बजरी से भरे एक डंप ट्रक पर विचार करें। जब ट्रक झुकना शुरू होता है, तो बजरी एक ठोस ढेर में रहती है, एक निश्चित कोण तक यह अचानक चट्टान की गड़गड़ाहट वाली नदी बन जाती है।
बारीक मार्टियन रेत जैसी बड़ी मात्रा में छोटे ठोस पदार्थों को संभालने के लिए औद्योगिक मशीनरी डिजाइन करने के लिए दानेदार भौतिकी को समझना आवश्यक है।
समस्या यह है कि यहां तक कि पृथ्वी पर "औद्योगिक संयंत्र बहुत अच्छी तरह से काम नहीं करते हैं क्योंकि हम दानेदार सामग्री के लिए समीकरणों को नहीं समझते हैं और साथ ही हम तरल और गैसों के समीकरणों को समझते हैं," जेम्स टी। जेनकिंस, सैद्धांतिक के प्रोफेसर और कहते हैं इथाका के कॉर्नेल विश्वविद्यालय में एनएवी में लागू मैकेनिक्स, "इसीलिए कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्र कम क्षमता पर काम करते हैं और इनमें तरल-ईंधन या गैस से चलने वाले बिजली संयंत्रों की तुलना में विफलता की दर अधिक होती है।"
इसलिए "क्या हम मंगल पर इसे करने के लिए दानेदार प्रसंस्करण को अच्छी तरह समझते हैं?" वह पूछता है।
चलो खुदाई के साथ शुरू करते हैं: "यदि आप मंगल ग्रह पर एक खाई खोदते हैं, तो किनारे कैसे खड़े हो सकते हैं और गुफा में स्थिर रह सकते हैं?" स्टोइन स्ट्यूर, सिविल, पर्यावरण, और वास्तु इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और बोल्डर में कोलोराडो विश्वविद्यालय में एसोसिएट डीन। कोई निश्चित उत्तर नहीं है, अभी तक नहीं। मंगल ग्रह पर धूल भरी मिट्टी और चट्टान का लेप अच्छी तरह से ज्ञात नहीं है।
शीर्ष मीटर या मार्टियन मिट्टी की यांत्रिक संरचना के बारे में कुछ जानकारी जमीन-मर्मज्ञ रडार या अन्य लगने वाले उपकरणों द्वारा प्राप्त की जा सकती है, स्टीयर बताते हैं, लेकिन बहुत गहरा है और आपको "शायद मुख्य नमूने लेने की आवश्यकता है।" नासा का फीनिक्स मार्स लैंडर (लैंडिंग 2008) लगभग आधा मीटर गहरी खाई खोद सकेगा; 2009 मंगल विज्ञान प्रयोगशाला रॉक कोर को काटने में सक्षम होगी। दोनों मिशन मूल्यवान नया डेटा प्रदान करेंगे।
और भी गहराई तक जाने के लिए, Sture (यूनिवर्सिटी ऑफ़ कोलोराडो के सेंटर फॉर स्पेस कंस्ट्रक्शन के संबंध में) अभिनव डिगर विकसित कर रहा है, जिसका व्यवसाय मिट्टी में कंपन करता है। आंदोलन जमा मिट्टी को एक साथ पकड़े हुए बंधन को तोड़ने में मदद करता है और मिट्टी के ढहने के जोखिम को कम करने में भी मदद कर सकता है। इस तरह की मशीनें एक दिन मंगल पर भी जा सकती हैं।
एक अन्य समस्या है "हॉपर" - फ़नल की खनिक प्रसंस्करण के लिए कन्वेयर बेल्ट पर रेत और बजरी का मार्गदर्शन करने के लिए उपयोग करते हैं। सबसे कुशल और रखरखाव से मुक्त हॉपर डिजाइन करने में मार्टियन मिट्टी का ज्ञान महत्वपूर्ण होगा। "हम यह नहीं समझते कि हॉपर क्यों जाम करते हैं," जेनकिंस कहते हैं। वास्तव में जैम्स बहुत बार आते हैं, कि "पृथ्वी पर, हर हॉपर के पास एक हथौड़ा है।" हॉपर पर बांधने से जाम से मुक्ति मिलती है। मंगल ग्रह पर, जहां उपकरणों को चलाने के लिए आसपास कुछ ही लोग होंगे, आप चाहते हैं कि हॉपर इससे बेहतर काम करें। जेनकिन्स और सहकर्मी शोध कर रहे हैं कि दानेदार जाम क्यों बहता है
और फिर वहाँ परिवहन: मार्स रोवर्स स्पिरिट एंड अपॉर्चुनिटी को 2004 के बाद से अपने लैंडिंग स्थलों के आसपास मील ड्राइव करने में थोड़ी परेशानी हुई है। लेकिन ये रोवर्स केवल एक औसत ऑफिस डेस्क के आकार के बारे में हैं और केवल एक वयस्क के रूप में बड़े पैमाने पर हैं। संभवतः वे भारी वाहनों की तुलना में गो-कार्ट करते हैं, जो संभवतः मार्शल सैंड और रॉक के परिवहन के लिए आवश्यक होते हैं। बड़े वाहनों को लगभग मुश्किल समय मिलने वाला है।
स्ट्योर बताते हैं: 1960 के दशक की शुरुआत में जब वैज्ञानिक चंद्रमा और अन्य ग्रहों पर ढीली रेत पर बातचीत करने के लिए सौर-ऊर्जा संचालित रोवर्स का पहली बार अध्ययन कर रहे थे, उन्होंने गणना की "कि मार्टियन मिट्टी पर संपर्क दबाव बनाने के लिए अधिकतम व्यवहार्य निरंतर दबाव केवल 0.2 पाउंड प्रति है।" वर्ग इंच (साई), “खासकर जब ढलान ऊपर या नीचे यात्रा करते हैं। इस निम्न आकृति की पुष्टि आत्मा और अवसर के व्यवहार से हुई है।
केवल 0.2 पीएसआई के रोलिंग संपर्क दबाव का मतलब है कि एक वाहन को हल्के वजन का होना चाहिए या कई पहियों या पटरियों पर लोड को प्रभावी ढंग से वितरित करने का एक तरीका होना चाहिए। संपर्क दबाव को कम करना महत्वपूर्ण है, इसलिए पहियों को नरम मिट्टी में खोदा नहीं जाता है या ड्यूरिक्रेस्ट के माध्यम से टूट जाता है [सीमेंटेड मिट्टी की पतली चादरें, जैसे कि पृथ्वी पर घुमावदार बर्फ पर पतली परत] और अटक जाते हैं। "
उस आवश्यकता का अर्थ है कि भारी भार वाले लोगों, आवासों, उपकरणों के लिए एक वाहन "व्यास में 4 से 6 मीटर (12 से 18 फीट) के पहियों के साथ एक विशाल फेलिनी-प्रकार की चीज हो सकती है," प्रसिद्ध इतालवी का जिक्र करते हुए असली फिल्मों के निर्देशक। या यह पृथ्वी पर राजमार्ग-निर्माण बैकहोज और चंद्रमा पर अपोलो कार्यक्रम के दौरान इस्तेमाल किए जाने वाले चंद्र रोवर के बीच एक क्रॉस की तरह विशाल खुले-मेष धातु के हो सकते हैं। इस प्रकार, ट्रैक किए गए या बेल्ट किए गए वाहन बड़े पेलोड ले जाने के लिए आशाजनक लगते हैं।
दानेदार भौतिकविदों के सामने एक अंतिम चुनौती यह पता लगाना है कि मंगल के मौसमी धूल भरे तूफानों के माध्यम से उपकरणों को कैसे चालू रखा जाए। 50 मीटर / सेकंड (100+ मील प्रति घंटे) की वेग से हवा के माध्यम से महीन तूफानों को कोहरा मारता है, हर उजागर सतह को छानता है, हर दरार में बहता है, प्राकृतिक और मानव निर्मित दोनों संरचनाओं को उजागर करता है, और मीटर या उससे कम दृश्यता को कम करता है। जेनकिंस और अन्य जांचकर्ता पृथ्वी पर रेत और धूल के परिवहन वाले एओलियन [पवन] के भौतिकी का अध्ययन कर रहे हैं, दोनों मंगल ग्रह पर टिब्बा के गठन और बढ़ने को समझने के लिए, और यह भी पता लगाने के लिए कि प्रचलित हवाओं के लिए आखिरकार किस स्थान पर वास स्थलों को तेजी से संरक्षित किया जा सकता है ( उदाहरण के लिए, बड़ी चट्टानों की ली में)।
जेनकिंस के बड़े सवाल पर लौटते हुए, "क्या हम मंगल पर इसे करने के लिए दानेदार प्रसंस्करण को अच्छी तरह समझते हैं?" अनिश्चित जवाब है: हम अभी तक नहीं जानते हैं
अपूर्ण ज्ञान के साथ काम करना पृथ्वी पर ठीक है, क्योंकि आमतौर पर, कोई भी उस अज्ञान से ज्यादा पीड़ित नहीं होता है। लेकिन मंगल ग्रह पर, अज्ञानता का मतलब दक्षता कम हो सकता है या अंतरिक्ष यात्रियों को पर्याप्त ऑक्सीजन और हाइड्रोजन को रोकने से सांस लेने या पृथ्वी पर लौटने के लिए ईंधन का उपयोग करने से रोक सकता है।
मंगल रोवर्स से डेटा का विश्लेषण करने वाले दानेदार भौतिक विज्ञानी, नई खुदाई मशीनों का निर्माण, समीकरणों के साथ छेड़छाड़ कर रहे हैं, जवाब खोजने के लिए अपने स्तर पर सबसे अच्छा कर रहे हैं। यह नासा की रणनीति का एक हिस्सा है कि मंगल पर कैसे जाना है ... और फिर से वापस आना है।
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