حلقههای باشکوه زحل یکی از بزرگترین معماهای منظومه شمسی هستند؛ ساختارهایی عظیم از ذرات یخ و سنگ که با وجود دههها مطالعه، هنوز پرسشهای مهمی درباره سن، منشأ و روند تکامل آنها بیپاسخ مانده است. اکنون ناسا قصد دارد با روشی کاملاً متفاوت به این معما نزدیک شود: ارسال هزاران کاوشگر فوقکوچک که بتوانند در محیط خطرناک حلقههای زحل فعالیت کنند.
این طرح بلندپروازانه شامل اعزام حدود ۱۰ هزار فمتوست به نزدیکی حلقههای زحل است؛ ماهوارههایی بسیار کوچک و ارزانقیمت که برخلاف فضاپیماهای سنتی، از دست رفتن بخشی از آنها در طول مأموریت قابلپذیرش خواهد بود. هدف این است که یک گروه بزرگ از کاوشگرهای هماهنگ، اطلاعاتی بیسابقه از محیط واقعی حلقهها جمعآوری کنند.
آخرین مأموریت بزرگ ناسا به زحل، فضاپیمای کاسینی، نزدیک به ۱۳ سال به مطالعه این سیاره و قمرهای آن پرداخت. این فضاپیما در پایان عمر خود در سال ۲۰۱۷ وارد جو زحل شد و با ارسال آخرین دادهها، به یکی از موفقترین مأموریتهای تاریخ اکتشافات فضایی پایان داد. کاسینی اطلاعات ارزشمندی درباره ساختار زحل، جو آن و قمرهایش ارائه کرد، اما یک منطقه همچنان تا حد زیادی ناشناخته باقی ماند: خود حلقهها.
حلقههای زحل از میلیاردها قطعه یخ و سنگ تشکیل شدهاند؛ ذراتی که اندازه آنها از دانههای بسیار کوچک تا تکههایی در ابعاد بزرگ متغیر است. دانشمندان هنوز دقیقاً نمیدانند این حلقهها چه زمانی شکل گرفتهاند، آیا قدمتی هماندازه خود زحل دارند یا پدیدهای نسبتاً جدید هستند، و فرآیند برخورد و حرکت ذرات درون آنها چگونه رخ میدهد.
یکی از مشکلات اصلی برای مطالعه مستقیم حلقهها، خطر بالای برخورد است. حتی یک فضاپیمای مقاوم و پیشرفته مانند کاسینی نیز نمیتوانست بدون ریسک جدی وارد بخشهای متراکم حلقهها شود، زیرا برخورد با قطعات یخی با سرعت بالا میتوانست در چند لحظه مأموریتی چند میلیارد دلاری را نابود کند.
اما ایده استفاده از هزاران فضاپیمای کوچک، معادله خطر را تغییر میدهد. در چنین رویکردی، از بین رفتن تعدادی از کاوشگرها بخشی از برنامه خواهد بود و باقی فضاپیماها میتوانند به جمعآوری دادهها ادامه دهند.
این پروژه با عنوان «سامانههای فمتوستی فعال و هدایتپذیر برای کاوش درجا در حلقهها، جو و مگنتوسفر زحل» در برنامه مفاهیم پیشرفته ناسا (NIAC) حمایت اولیه دریافت کرده است.
رهبری این طرح بر عهده دکتر مایکل روبناستین، پژوهشگر برجسته حوزه رباتیک گروهی، قرار دارد. او پیشتر با پروژههایی مانند Kilobot شناخته شده است؛ مجموعهای از صدها و هزاران ربات کوچک که میتوانند بدون کنترل مستقیم انسان با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و وظایف پیچیده را به صورت جمعی انجام دهند.
هدف روبناستین انتقال همین مفهوم از زمین به فضا است؛ جایی که هزاران ماهواره کوچک بتوانند مانند یک موجودیت جمعی عمل کنند و محیطی بسیار دشوار را بررسی کنند.
فمتوستها در واقع نسل کوچکتری از ماهوارههای مکعبی هستند. این تجهیزات با استفاده از فناوریهای فشردهسازی قطعات الکترونیکی، وزن و ابعاد بسیار کمی دارند. برخی نمونهها تنها چند گرم وزن دارند و اندازه آنها به چند سانتیمتر محدود میشود.
البته این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد. در سال ۲۰۱۹، مأموریت KickSat-۲ تعداد ۱۰۵ فمتوست از نوع Sprite را در مدار زمین آزمایش کرد و نشان داد که این ماهوارههای کوچک میتوانند با سامانههای زمینی ارتباط برقرار کنند. با این حال، آن نمونهها توانایی هدایت مستقل نداشتند؛ قابلیتی که در طرح جدید ناسا اهمیت حیاتی دارد.
در مأموریت پیشنهادی زحل، هر فمتوست باید بتواند مسیر خود را کنترل کند، با دیگر اعضای گروه هماهنگ شود و دادههای علمی جمعآوری کند. چنین سطحی از خودمختاری، یکی از بزرگترین چالشهای فنی پروژه خواهد بود.
اگر این طرح بتواند مراحل توسعه را پشت سر بگذارد، احتمالاً اجرای واقعی آن تا دهه ۲۰۴۰ امکانپذیر نخواهد بود. با این حال، هدف برنامه NIAC دقیقاً بررسی چنین ایدههای جسورانهای است؛ فناوریهایی که شاید امروز دور از دسترس به نظر برسند، اما میتوانند مسیر آینده اکتشافات فضایی را تغییر دهند.
در صورت موفقیت، این پروژه تنها به شناخت بهتر زحل محدود نخواهد شد؛ بلکه میتواند نقطه عطفی در توسعه رباتهای گروهی فضایی باشد و راه را برای مأموریتهای آینده در محیطهای دوردست منظومه شمسی هموار کند.
