چه نوع فرودگری می‌تواند روی آیو، ماه آتشفشانی مشتری، فرود بیاید؟ این پرسشی است که یک مقاله‌ی تازه ـ ارائه‌شده در کنفرانس منطقه‌ای دانشجویی AIAA 2025 ـ تلاش دارد به آن پاسخ دهد. در این پژوهش، تیمی از دانشجویان مهندسی شرکت Spartan Space Systems در دانشگاه ایالتی سن‌خوزه یک مفهوم نوآورانه برای فرود یک فضاپیما روی آیو، فعال‌ترین جرم آتشفشانی منظومه‌ی شمسی، بررسی کرده‌اند. این مطالعه می‌تواند به دانشمندان و مهندسان کمک کند تا ایده‌های جدید مأموریتی از سطوح دانشگاهی تا صنعتی توسعه دهند.
معرفی مأموریت UNAGI
برای این مطالعه، پژوهشگران فرودگر مفهومی UNAGI را معرفی کردند. این مأموریت ویژه طراحی شده است تا از میدان مغناطیسی مشتری به‌عنوان «پیشرانه» استفاده کند و بدون نیاز به سوخت واقعی، خود را به سطح آیو برساند. تیم پژوهشی توضیح داده است که UNAGI الهام و مفاهیم فناوری خود را از مأموریت‌های فعال فضایی متعدد گرفته، از جمله: جونو ناسا، اروپا کلیپر، و JUICE سازمان فضایی اروپا (Jupiter Icy Moons Explorer). از میان این سه، جونو تنها مأموریتی است که فعلاً مشتری را بررسی می‌کند، در حالی که اروپا کلیپر و JUICE در مسیر سفر به بزرگ‌ترین سیاره و اقمار آن هستند.
فناوری فرود: سیستم پیشرانه‌ی الکترودینامیک
تیم پژوهشی این روش فرود را سیستم پیشرانه‌ی تِتر الکترودینامیک (EDT) می‌نامد. در این روش، میدان مغناطیسی قدرتمند مشتری با تِتر ۵۰ کیلومتری (۳۱ مایلی) فرودگر تعامل می‌کند و این امکان را فراهم می‌آورد که فرودگر در طول نزول تصحیحاتی انجام دهد و پس از فرود، کیسه‌های هوا (Airbags) باز شوند.
پس از فرود، محموله‌های علمی مأموریت خود را برای بررسی موارد زیر آغاز خواهند کرد:
- ترکیب داخلی آیو،
- تغییرات سطح ناشی از فعالیت‌های آتشفشانی،
- فعالیت‌های فوران و گازدهی،
- فعالیت‌های تکتونیکی،
- تعامل آیو با میدان مغناطیسی مشتری،
- و مقایسه‌ی فرآیندهای آیو با سایر اقمار گالیله‌ای (اروپا، گانیمد و کالیستو).
اهمیت پیشرانه بدون سوخت
مطالعه خاطرنشان می‌کند:
«در مأموریت‌های فضای عمیق و حتی نزدیک زمین، استفاده از پیشرانه بدون سوخت ضروری و مهم است. استفاده از EDT اقتصاد سوخت را با بهره‌گیری از محیطی که فضاپیما در آن فعالیت می‌کند، به حداکثر می‌رساند. این می‌تواند وزن آزاد شده را به افزایش محموله یا دیگر زیرسیستم‌ها اختصاص دهد. سیستم EDT همچنین می‌تواند از طول عمر بیشتری بهره‌مند شود؛ اگر ماهواره‌ها یا کاوشگرها نیازی به سوخت مجدد نداشته باشند، می‌توانند به‌طور تئوری برای مدت طولانی‌تر، حتی نامحدود، در مدار باقی بمانند. همه‌ی این ویژگی‌ها در نهایت به مزیت مهم سیستم EDT یعنی کاهش هزینه‌ها کمک می‌کنند.»
فعالیت آتشفشانی آیو
آیو فعال‌ترین جرم آتشفشانی منظومه‌ی شمسی است و صدها آتشفشان و میدان‌های گدازه‌ای دارد. این فعالیت آتشفشانی ناشی از تعامل آیو با گرانش عظیم مشتری است که در طول مدار خود، ماه کوچک‌تر را کشیده و فشرده می‌کند. مدار آیو نسبت به زمین بیضوی‌تر است و تنها ۴۲.۵ ساعت (۱.۷۷ روز) طول می‌کشد تا یک بار به دور مشتری بچرخد. در طول این مدار، فاصله‌ی آیو تا مشتری تغییر می‌کند؛ وقتی نزدیک است، گرانش مشتری آن را فشرده می‌کند و وقتی دور می‌شود، این کشش آزاد می‌گردد. طی میلیون‌ها سال، این کشش و فشردگی باعث اصطکاک داخلی در آیو می‌شود که تولید گرما می‌کند و صدها آتشفشان فعال امروزی را ایجاد می‌کند.
مأموریت‌های گذشته برای آیو
فضاپیمای جونو ناسا توانسته تصاویر متعددی از آیو تهیه کند، اما تنها مأموریت‌های عمقی که آیو را مطالعه کرده، فضاپیمای گالیله ناسا است که بین دسامبر ۱۹۹۵ تا سپتامبر ۲۰۰۳ مشتری و اقمار گالیله‌ای آن را بررسی کرد. در این مدت، گالیله تصاویر بی‌شماری از سطح آیو تهیه کرد، شامل فوران‌های فعال، کالدراها و میدان‌های گدازه‌ای.
با توجه به فعالیت آتشفشانی شدید روی سطح آیو، فرود یک فضاپیما کار دشواری است. اما این مطالعه نشان می‌دهد که مفاهیم جدید می‌توانند مسیر فرود نخستین فضاپیما روی یک جهان آتشفشانی فعال را هموار کنند و اطلاعاتی درباره‌ی تشکیل و تکامل آیو به ما بدهند.
چشم‌انداز آینده
چگونه UNAGI به پژوهشگران کمک خواهد کرد تا در سال‌ها و دهه‌های آینده روی آیو فرود بیایند؟ پاسخ دقیق را تنها زمان مشخص خواهد کرد، و به همین دلیل است که ما به علم ادامه می‌دهیم!
🔭 همان‌طور که همیشه گفته شده، علم را ادامه دهید و نگاه‌تان را به آسمان بدوزید!
