ناسا برای تحقق این چشم‌انداز جسورانه در حال بررسی فناوری‌های پیشرفته از طریق برنامه‌های متعدد است. این فناوری‌ها شامل سامانه‌های پیشرفته پیشرانش است که زمان سفر به مریخ را کاهش می‌دهد و قرار گرفتن فضانوردان در معرض ریزگرانش‌ها و تشعشعات کیهانی را کمتر می‌کند.

سایر فناوری‌های مورد بررسی شامل روش‌هایی برای حذف زباله‌ها، بازتولید آب، سلامت و ایمنی خدمه و خودکفایی منابع است.

به نقل از یوتی، ناسا همچنین در تلاش است تا فناوری‌های کلیدی را توسعه دهد. این فناوری‌ها ماموریت‌های اکتشافی کم‌هزینه را به مریخ و سراسر منظومه شمسی امکان‌پذیر می‌کنند.

مهم‌ترین فناوری در نظر گرفته شده، سامانه‌های پیشرانش الکتریکی کمتر از کیلووات برای فضاپیماهای کوچک تا ۵۰۰ کیلوگرم است.

در مقاله‌ای که در پنجاه و ششمین کنفرانس علوم قمری و سیاره‌ای ارائه شد، تیمی از محققان ناسا ابتکار جدیدی را پیشنهاد دادند. این ابتکار «پیشرانش اثر هال تجاری برای خدمات باربری به سیاره مریخ»(CHAMPS) بود.

این مطالعه توسط محققان ناسا انجام شده است. محققان این تیم شامل مهندس‌های ناسا در حوزه‌های مشترک هستند که سامانه‌های یکپارچه حامل را بررسی می‌کنند.

شکاف فناوری

همانطور که پژوهشگران اشاره می‌کنند، مطالعه آنها بر پایه مطالعات پیشین است. این مطالعات اهمیت «پیشرانه‌های اثر هال»(HET) با توان کم و بازده بالا و بهینه‌سازی محافظ مغناطیسی را اثبات کرد.

این سامانه‌های پیشرانش به انرژی خورشیدی یا منبع انرژی دیگری متکی هستند. همچنین این سامانه‌ها برای تولید نیروی رانش توسط میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌شوند.

«پیشرانه‌های اثر هال» نوعی از پیشرانه یونی هستند که در آن توسط یک میدان الکتریکی، سوخت موشک شتاب داده می‌شود.

طبق «برنامه فضایی آرتمیس»، این سامانه‌ها دو ماژول اولیه «دروازه قمری»(Lunar Gateway) یعنی ماژول «نیرو و پیشرانش»(PPE) و «پایگاه سکونت و لجستیک»(HALO) را به مدار مورد نظر خود در اطراف ماه هدایت می‌کنند.

این ماموریت برای سال ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی شده است و هر دو عنصر توسط «پرتابگر فضایی فالکون هوی»(Falcon Heavy) از زمین به مدار ماه پرتاب خواهد شد. پس از رسیدن به آنجا، ماژول‌های «PPE» و «HALO» برای ایجاد یک «مدار هاله نزدیک راست خط»(NRHO) به سامانه‌های پرقدرت «پیشرانش الکتریکی خورشیدی»(SEP) خود متکی خواهند بود.

متأسفانه این حوزه دارای شکاف فناوری است، به این معنی که فناوری هنوز به توانایی لازم برای انجام آن نرسیده است. بنابراین ناسا پروژه «پیشرانش الکتریکی فضاپیمای کوچک»(SSEP) را در سال ۲۰۱۷ راه‌اندازی کرد. هدف این پروژه توسعه نسخه‌های کوچکی از پیشرفته‌ترین سامانه‌های «SEP» است.

 سامانه «H۷۱M» نمونه فعلی یک نسخه کوچک «SEP» با عملکرد بالاست. ناسا همکاری و صدور مجوز برای «H۷۱M» را با شرکای تجاری آغاز کرد. این امر باعث شد محققان ایده ماموریت «CHAMPS» را برای ماموریت‌ به مریخ توسعه دهند.

این مطالعه در پی ساخت فضاپیمایی با استفاده از  نسخه تجاری «H۷۱M» است. این ماموریت‌ها به فرصت‌های پرتاب مکرر و کم‌هزینه‌تر متکی خواهند بود.

مفهوم ماموریت

یکی از بزرگترین چالش‌ها برای انجام ماموریت‌های علمی با ‌هزینه کم‌تر و فضاپیماهای کوچکتر، شناسایی و پایبندی به یک زمان خاص برای پرتاب حامل به سیاره مریخ است. معمولا پرتاب حامل به عنوان محموله اصلی، پرهزینه است و پرتاب حامل به عنوان محموله ثانویه می‌تواند عواقبی به همراه داشته باشد، زیرا محموله اصلی نیازمند تعیین تاریخ و مسیر پرتاب است. علاوه بر این، تاریخ پرتاب را نمی‌توان همیشه تغییر داد.

معماری «CHAMPS» با پرتاب حامل به عنوان محموله ثانویه در ماموریت «خدمات تجاری باربری به ماه»(CLPS)، این مشکل را برطرف می‌کند.

دانشمندان انتظار دارند این ماموریت‌ها در سال‌های آینده به طور منظم محموله‌ها را به ماه حمل کنند. مسیر پرتاب به خوبی تعیین شده است و زمان‌های پرتاب جایگزین زیادی وجود دارند. این ماموریت می‌تواند با مشاهده ماه بررسی‌های ابزاری را انجام می‌دهد.

همچنین این ماموریت، مانور کمک گرفتن گرانشی برای افزایش شتاب را انجام می‌دهد. این مانور یا تمرین علمی به ماموریت اجازه می‌دهد تا به طور موقت خود را تا زمانی که یک هم‌ترازی مطلوب بین زمین و مریخ رخ دهد، در یک «NHRO» در اطراف ماه قرار دهد.

اولین مانور با نیروی رانش کم حدود سه ماه طول خواهد کشید. پس از رسیدن به مریخ، این فضاپیما در مداری در ارتفاع ۱۵ کیلومتری در بالای سطح مریخ قرار خواهد گرفت. در این مانور می‌توان با مطالعه «قمر دیموس»(Deimos) به اهداف علمی زیادی دست پیدا کرد. پس از دو سال، این فضاپیما به مداری با فاصله ۱۷ کیلومتر بالاتر از سطح مریخ خواهد رسید.

ابزارها و اهداف

ماموریت «CHAMPS» مطالعات علمی متعددی را با استفاده از ابزارهای مختلف انجام خواهد داد. این ابزارها شامل یک تصویرگر مرئی/فرابنفش، «مدارگرد شناسایی مریخ» (MRO)، «رادیومتر فروسرخ حرارتی» (TIR) ​​ و «طیف‌سنج فروسرخ نزدیک»(NIR) است.

با استفاده از این ابزارها، در ماموریت «CHAMPS» می‌توان ساختار سه‌بعدی جو را اندازه‌گیری کرد. همچنین می‌توان رفتار و تغییرات ابرهای گرد و غبار و یخ‌آب مریخ را رصد کرد. این مشاهدات می‌تواند در مورد الگوهای آب و هوایی این سیاره و طوفان‌های گرد و غبار فصلی، اطلاعات بیشتری به دانشمندان بدهد.

همچنین این ابزارها می‌تواند شرایط پلاسما و ساختار میدان مغناطیسی اطراف مریخ و نحوه تعامل آن با تابش «شدید پرتو فرابنفش»(EUV) خورشید را اندازه‌گیری کند.

این مطالعات به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا سؤالات کلیدی علمی در مورد آب و هوای مریخ، نحوه اتصال سطوح مختلف جوی در این سیاره و نحوه تأثیر آب و هوای فضا بر جو این سیاره را بررسی کنند.

این تیم همچنین اشاره می‌کند که پیشنهاد آنها با طرح ابتکاری «برنامه اکتشاف مریخ»(MEP) از ناسا همسو است.