O. Sharaf 1, S. Amiri 1, S. AlDhafri 1, A. AlRais 1, M. Wali 1, Z. AlShamsi 1, I. AlQasim 1, K. AlHarmoodi 1, N. AlTeneiji 1, H. Almatroushi 1, M. AlShamsi 1, E. AlTeneiji 1, F. Lootah 1, K. Badri 1, H. AlMazmi 2, M. Yousuf 1, N. AlMheiri 1, M. McGrath 3, P. Withnell 3, N. Ferrington 3, H. Reed 3, B. Landin 3, S. Ryan 3, B. Pramann 3, D. Brain 3, J. Deighan 3, M. Chaffin 3, C. Edwards 4, F. Forget 5, R. Lillis 6, M. Smith 7, M. Wolff 8
1 مركز محمد بن راشد للفضاء (MBRSC)، دبي، الإمارات العربية المتحدة، 2 وكالة الإمارات للفضاء، أبوظبي، الإمارات العربية المتحدة، 3 مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء (LASP) بجامعة كولورادو، بولدر، الولايات المتحدة الأمريكية، 4 جامعة شمال أريزونا، قسم الفيزياء والفلك، فلاجستاف، الولايات المتحدة الأمريكية، 5 مختبر الأرصاد الجوية الديناميكية (LMD)، معهد فيزياء الغلاف الجوي، باريس، فرنسا، 6 مختبر علوم الفضاء (SSL)، جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الولايات المتحدة الأمريكية، 7 مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، جرينبيلت، الولايات المتحدة الأمريكية، 8 معهد علوم الفضاء (SSI) في بولدر، الولايات المتحدة الأمريكية
مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ (EMM) هي أول مهمة للإمارات العربية المتحدة إلى المريخ، وأول مهمة عربية إلى كوكب آخر. أُعلن عن المهمة من قبل حكومة الإمارات العربية المتحدة في يوليو 2014، بهدف إدخال المسبار في مدار المريخ (MOI) بحلول الذكرى الخمسين لتأسيس دولة الإمارات العربية المتحدة في 2021، وذلك للمساهمة في تطوير قطاع العلوم والتكنولوجيا في الدولة، وتنمية القدرات العلمية الإماراتية، وزيادة مساهمة الإمارات في المجتمع العلمي الدولي. كما تهدف المهمة إلى تحقيق إضافة كبيرة وقيمة للعمل المستمر في مجتمع علوم الفضاء العالمي.
ستطلق مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ مسباراً غير مأهول يُدعى "الأمل" في مدار بيضاوي حول المريخ في صيف 2020، حاملاً ثلاث أدوات علمية لدراسة الغلاف الجوي للمريخ في النطاقات الضوئية وفوق البنفسجية وتحت الحمراء.
يقود المهمة فريق إماراتي من مركز محمد بن راشد للفضاء، وستسهم في تطوير رأس المال البشري للدولة من خلال برامج نقل المعرفة المحددة مع شركاء دوليين من جامعة كولورادو (مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء LASP)، وجامعة أريزونا للتقنيات الأرضية والفضائية، ومختبر علوم الفضاء بجامعة كاليفورنيا بيركلي (SSL).
تكوّن فهمنا للغلاف الجوي للمريخ بشكل كبير من خلال قياسات المركبات الفضائية الأخيرة، لكنها تعتمد على توقيت محلي محدد، مما يترك معظم دورة النهار والليل على سطح المريخ غير مستكشفة في أغلب المناطق. لذلك، نفتقد معلومات هامة حول كيفية تأثير العمليات الجوية على التغيرات اليومية. هذا النقص في التغطية أعاق فهمنا لنقل الطاقة من الغلاف الجوي السفلي إلى العلوي. ويمكن تلخيص هذه المسائل العلمية المتعلقة بالغلاف الجوي للمريخ في ثلاثة أسئلة علمية رئيسية تقود إلى ثلاثة أهداف مترابطة:
ستحقق مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ هذه الأهداف الثلاثة من خلال أربعة تحقيقات علمية مدرجة أدناه، تتطلب تحديد التغيرات الجوية على مدى زمني قصير دون الاقتصار على التغيرات الفصلية:
ستجمع مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ معلومات حول دوران الغلاف الجوي للمريخ وتفاعلاته من خلال مجموعة من ثلاث أدوات متميزة ترصد المريخ في الأطياف الضوئية وتحت الحمراء وفوق البنفسجية. تشمل مجموعة الأدوات: الكاميرا الاستكشافية الإماراتية (EXI)، مطياف الأشعة تحت الحمراء للمريخ (EMIRS)، ومطياف الأشعة فوق البنفسجية للمريخ (EMUS). يوضح الجدول 1 ملخصاً للأدوات الثلاث.
| الأَدَاة | EXI | EMIRS | EMUS |
|---|---|---|---|
| نوع الحُمُولَة | التصوير فوق البنفسجي والضوئي | مطياف فورييه للأشعة تحت الحمراء | مطياف التصوير فوق البنفسجي |
| النطاق الطيفي | 205-235nm, 245-275nm, 305-335nm, 405-469nm, 506-586nm, 625-645nm | 6 – 40 µm | 100 – 170 nm |
توفر المركبة الفضائية "الأمل" القدرات اللازمة لتحقيق والحفاظ على مدار المريخ بعد الإطلاق، وتدعم الحمولات الموصوفة من خلال الدعم الهيكلي اللازم، والطاقة، والتحكم الحراري، ومعالجة البيانات، والتوجيه، وإدارة الأعطال، وإرسال البيانات العلمية والمساعدة وبيانات الحالة إلى الأرض، واستقبال بيانات الأوامر من مراكز تشغيل المهمة. ويبلغ وزن المسبار عند الإطلاق 1500 كيلوجرام مع هيكل رئيسي مكون من ألواح خلية النحل المركبة ونظام دفع قادر على تغيير مسار المدار، والفرملة المدارية للوصول إلى مدار المريخ والحفاظ عليه.
في الفضاء، يقوم "الأمل" بتوليد وتخزين الطاقة من خلال لوحين شمسيين قابلين للنشر وبطاريات، ويتواصل مع المحطات الأرضية باستخدام هوائي بقطر 1.85 م وهوائيات قابلة للتوجيه. كما يستخدم منظم الإشارات الراديوية لمختبر الفيزياء التطبيقية للنقل الفضائي العميق الذي يقوم بإرسال واستقبال البيانات ويدعم التتبع الفضائي العميق لأغراض الملاحة. لتحديد الوضع، سيكون لديه زوج متزامن من وحدات الرجوع ثلاثية الأبعاد وزوج متزامن من متتبعات النجوم. وللتحكم في الوضع، لديه مجموعة من أربع وحدات تجميع عجلات التفاعل، كما يتضمن ثمانية دافعات لنظام التحكم في التفاعل لتفريغ الزخم.
بدأت مرحلة تصميم وتطوير واختبار مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ في منتصف 2014 مع الإطلاق المجدول في منتصف 2020 لمدة إجمالية تبلغ 6 سنوات.
تم تصميم مسبار الأمل لعمر افتراضي يبلغ ثلاث سنوات أرضية. تتضمن فترة تشغيله مرحلة الرحلة، لمدة سبعة أشهر، التي تلي الإطلاق وستكون مخصصة لفحص ومعايرة الأدوات. بعد الإدراج في مدار المريخ، ستكون مرحلة مدار الاستقبال مميزة بمدار بيضاوي عالي جداً (40 ساعة، 1000 كيلومتر عند أقرب نقطة و49,380 كيلومتر عند أبعد نقطة)، حيث سيتم فحص الأدوات واختبار تسلسلاتها العلمية، مما يؤدي إلى مشاهدات مبكرة لقرص المريخ والغلاف الجوي العلوي. بعد ذلك، ستتم مرحلة مدار الانتقال بتكبير المدار تدريجياً على مدى شهر حتى يتم تحسينه. المدار العلمي المطلوب لجمع البيانات هو 20,000 كيلومتر عند أقرب نقطة إلى 43,000 كيلومتر عند أبعد نقطة. ستبدأ مرحلة العلم الأولي ومن المتوقع أن تدوم سنة مريخية واحدة لتحقيق المتطلبات العلمية. الارتفاع الأدنى لمدار العلم الأولي البالغ 20,000 كيلومتر يكفي لضمان رؤى على نطاق عالمي وتغطية نحو نصف الكوكب في جميع أنحاء المدار ولتمكين التغطية اليومية لجميع خطوط الطول والأوقات المحلية. ستبلغ مدة الدورة المدارية حوالي 55 ساعة، وهذا سيمكن من توصيف شامل لتغيرات الغلاف الجوي السفلي للمريخ كدالة للمكان والوقت من اليوم والفصل، وكذلك فهم كيفية تأثير العمليات الفيزيائية في الغلاف الجوي السفلي على معدلات الهروب من الغلاف الجوي العلوي.
مشروع مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ مسؤول عن تطوير قدرات القطاع الأرضي الكاملة لدعم تطوير وتشغيل المهمة. يتكون القطاع الأرضي لمهمة الإمارات لاستكشاف المريخ من الشبكة الأرضية ومحطاتها الأرضية، ونظام الملاحة، ومراكز التشغيل، وتصميم المهمة، ومركز البيانات العلمية (SDC)، ومرافق فريق الأدوات (ITFs).
مركز تشغيل المهمة (MOC) ومركز البيانات العلمية (SDC) يقعان في مركز محمد بن راشد للفضاء، ومركز دعم المهمة (MSF) يقع في مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء لتوفير قدرات تشغيل احتياطية. يقوم فريق الملاحة بتوفير مواقع الأفلاك المحددة والمتوقعة والحلول للتنقيح للحفاظ على المدار أو المسار. فريق الأدوات لكل أداة مسؤول عن بناء الأدوات واختبارها، وكذلك بناء مكتبة من المعلومات الهندسية لدعم كل أداة.
ستستكشف مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ ديناميكية الغلاف الجوي للمريخ على نطاق عالمي، مع تتبع دورة النهار والفصول في الوقت نفسه. باستخدام ثلاث أدوات علمية على مركبة فضائية مدارية، ستوفر مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ مجموعة من القياسات الأساسية لفهم أفضل لدوران وطقس الغلاف الجوي السفلي والمتوسط للمريخ. من خلال جمع هذه البيانات مع رصد الطبقات العليا من الغلاف الجوي، ستكشف قياسات مهمة الإمارات لاستكشاف المريخ عن الآليات وراء النقل العلوي للطاقة والجسيمات والهروب اللاحق للمكونات الجوية من غلاف المريخ الجوي. إن التركيبة الفريدة للأدوات والتغطية الزمنية والمكانية لطبقات الغلاف الجوي المختلفة للمريخ ستفتح نافذة جديدة ومطلوبة بشدة لفهم كيفية عمل غلاف كوكبنا الجار.