ماه‌نورد Yutu-2 چین – دستاورد بزرگ چین در اکتشافات فضایی

ماه‌نورد Yutu‑2 یا «یویوتو ۲» که به معنای خرگوش یشمی ۲ است، جز دستاوردهای فضایی چین در قرن بیست و یکم محسوب می‌شود. ربات سطح‌نورد بخشی از مأموریت Chang’e‑4 بوده و اولین وسیله‌ای است که در تاریخ بشریت توانسته به‌طور موفقیت‌آمیز بر نیمه پنهان ماه فرود آید و سپس ماه‌ها و سال‌ها به فعالیت علمی ادامه دهد.

شروع مأموریت Yutu‑2 – فرود در نیمه تاریک ماه

مأموریت Yutu‑2 در روز ۳ ژانویه ۲۰۱۹ آغاز شد؛ زمانی که فضاپیمای Chang’e‑4 پس از سفری دقیق و حساب‌شده، در حوضه جنوبگان-آیتکن که یکی از قدیمی‌ترین و عمیق‌ترین گودال‌های برخوردی منظومه شمسی است، فرود آمد. این نقطه که روی نیمه پنهان ماه قرار دارد، پیش از این هیچ‌گاه میزبان یک فرود آرام و کنترل‌شده نبود؛ چون ارتباط مستقیم رادیویی از زمین با این نیمه امکان‌پذیر نیست. برای حل این مشکل، چین ماهواره‌ای به نام Queqiao را در نقطه لاگرانژی L2 بین زمین و ماه قرار داد تا مانند یک «ریلِی رادیویی» عمل کند.

با آغاز فعالیت Yutu‑2، جهان شاهد شروع نخستین مأموریت سطحی در منطقه‌ای از ماه شد که پیش‌تر کاملاً ناشناخته باقی مانده بود. این بخش از ماه در طول تاریخ زودتر خنک شده، پوسته ضخیم‌تر دارد و از نظر معدنی با نیمه روشن متفاوت است؛ بنابراین مطالعه آن اهمیت علمی ویژه‌ای دارد. Yutu‑2 پس از خروج از سطح شیب‌دار فرودگر، اولین مسیرهای خود را روی خاک ماه که «رگولیت» نامیده می‌شود، ثبت کرد و از همان ابتدای کار توانست تصاویری با وضوح بالا ارسال کند.

طراحی مهندسی و ساختار ماه‌نورد Yutu-2

ماه‌نورد Yutu-2 نمونه‌ای از نسل جدید ربات‌های سطح‌نورد، با طراحی کاملاً مهندسی‌شده و کاربردی است. هدف از طراحی آن، ایجاد توازن میان وزن کم، انعطاف‌پذیری حرکتی، مقاومت حرارتی و توان بالای علمی بوده است. ساختار اصلی این ماه‌نورد شامل یک بدنه مکعبی شکل است که تجهیزات علمی به‌صورت دقیق روی آن جانمایی شده‌اند.

بدنه از آلیاژهای سبک‌وزن ساخته شده تا در برابر پرتوهای خورشیدی، تغییرات شدید دما و برخورد میکروشهاب‌سنگ‌ها مقاومت کافی داشته باشد. وزن کلی Yutu‑2 حدود ۱۴۰ کیلوگرم است که نسبت به قابلیت‌هایی که حمل می‌کند، بسیار بهینه طراحی شده. این ماه‌نورد دارای شش چرخ مستقل است که به کمک سیستم تعلیق مفصلی، می‌تواند موانع را عبور کند و روی سطوح ناهموار ماه حرکت پایداری داشته باشد.

دو پنل خورشیدی بزرگ مانند بال‌هایی دوطرف بدنه قرار دارند که ضمن جمع‌آوری انرژی، در طول شب قمری که حدود ۱۴ روز طول می‌کشد، تاشده و نقش محافظ حرارتی را برای بدنه ایفا می‌کنند. درون ماه‌نورد نیز بخش‌های مرتبط با کنترل حرارت، باتری‌ها، واحد پردازش، سیستم ارتباطی و ابزارهای علمی قرار گرفته است. ساختار کاملاً ماژولار Yutu‑2 باعث می‌شود حتی در صورت ازکارافتادن برخی اجزا، بخش‌های دیگر بتوانند به کار ادامه دهند.

ابزارهای علمی پرکاربرد ماه‌نورد Yutu‑2

ابزارهای علمی Yutu‑2 برای مطالعه سطح و زیرسطح ماه طراحی شده‌اند و شامل مجموعه‌ای از سنسورها، طیف‌سنج‌ها و رادارهای تخصصی است.

مهم‌ترین ابزارهای علمی:

رادار نفوذگر سطح (LPR)

توانایی بررسی ساختارهای زیرسطحی تا عمق ۳۰ متری را دارد.

طیف‌سنج تصویرساز VNIS

برای تعیین ترکیبات معدنی و شیمیایی سطح مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دوربین‌های پیمایش پانورامیک

جهت عکسبرداری سه‌بعدی و ساخت نقشه‌های توپوگرافیک دقیق.

آشکارساز ذرات پرانرژی

برای تحلیل تأثیر تابش‌های فضایی.

سیستم تحلیل رگولیت

برای بررسی بافت، چگالی و ویژگی‌های فیزیکی خاک ماه.

سنسورها و دوربین‌های ماه‌نورد Yutu‑2

دستگاه به مجموعه‌ای از سنسورها و دوربین‌ها مجهز است که نقشی اساسی در رهیابی، جمع‌آوری اطلاعات، و تولید نقشه‌های دقیق دارند. دوربین‌های اصلی شامل دو دوربین پانورامیک استریو هستند که روی دکل جلویی نصب شده‌اند. این دوربین‌ها قادرند با گرفتن تصاویر از دو زاویه مختلف، نقشه‌های سه‌بعدی از محیط اطراف تهیه کنند؛ چیزی که برای مسیریابی خودکار و جلوگیری از برخورد با موانع ضروری است.

سنسورهای حرارتی نیز موقعیت دمایی اجزا را کنترل می‌کنند و از آسیب‌دیدن ابزارها در دماهای بسیار بالا یا پایین جلوگیری می‌کنند. علاوه بر این، حسگر زاویه چرخ‌ها و سنسور سرعت حرکت، داده‌هایی برای سیستم ناوبری فراهم می‌کنند تا ماه‌نورد بتواند سطوح ناهموار را پیش‌بینی کرده و حرکات اصلاحی انجام دهد. دوربین‌های فرعی نیز برای ثبت فواصل کوتاه و بررسی دقیق اشیای نزدیک استفاده می‌شوند.

نحوه تأمین انرژی و شارژ باتری‌ها

ربات انرژی مورد نیاز خود را از پنل‌های خورشیدی تاشونده تأمین می‌کند. این پنل‌ها در روز قمری که حدود ۱۴ روز زمینی طول می‌کشد، نور خورشید را جذب کرده و هم‌زمان برق مورد نیاز ماه‌نورد و باتری‌های لیتیومی آن را تأمین می‌کنند. در پایان روز قمری، ماه‌نورد وارد شب بسیار سرد ماه می‌شود که دمای آن گاهی به زیر ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد.

برای بقا در این شب طولانی، Yutu‑2 از گرم‌کن‌های رادیوایزوتوپی (RHUs) استفاده می‌کند. این گرم‌کن‌ها حرارت پایدار و کم‌خطری تولید می‌کنند تا اجزای حیاتی ماه‌نورد منجمد نشوند. یکی از نقاط قدرت ماه‌نورد Yutu-2 توانایی مدیریت انرژی است؛ طوری که مصرف انرژی به حداقل رسیده و حتی در شب‌های طولانی قمری سالم باقی می‌ماند. همین ویژگی باعث طول عمر بی‌سابقه این مأموریت شده است.

چالش‌های حرکت و پیمایش سطح ماه

سطح ماه منطقه‌ای چالش‌برانگیز، سست و بسیار ناهموار است. Yutu‑2 هنگام حرکت با مشکلات زیادی روبه‌روست که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

1. وجود رگولیت نرم و لغزنده

این خاک پودری‌شکل چسبندگی کمی ایجاد می‌کند و خطر گیرکردن چرخ‌ها را افزایش می‌دهد.

2. سنگ‌های تیز و لبه‌دار

برخورد چرخ‌ها با این سنگ‌ها می‌تواند به لاستیک‌های فلزی و سازه تعلیق آسیب برساند.

3. شیب‌های خطرناک و گودال‌ها

نقشه‌برداری سه‌بعدی دائماً لازم است تا ماه‌نورد وارد شیب‌های غیرقابل عبور نشود.

4. تابش شدید نور خورشید

در نبود اتمسفر، کنتراست نور و سایه بسیار زیاد است و سیستم‌های دید را دچار اختلال می‌کند.

بااین‌حال ماه‌نورد Yutu-2 با کمک سیستم تعلیق پیشرفته و الگوریتم‌های هوشمند ناوبری توانسته به‌خوبی از این خطرات عبور کند.

سیستم ارتباطی ماه‌نورد با ایستگاه زمینی

برقراری ارتباط با نیمه پنهان ماه به‌طور مستقیم ممکن نیست؛ بنابراین چین قبل از مأموریت، ماهواره Queqiao را در نقطه پایداری L2 قرار داد. این ماهواره همواره از دید ماه‌نورد و ایستگاه زمینی قابل رؤیت است و در نقش یک پل ارتباطی داده‌ها را منتقل می‌کند. Yutu‑2 از آنتن‌های مخابراتی باند X و UHF برای ارسال داده‌ها استفاده می‌کند.

داده‌های علمی و تصاویر ابتدا به ماهواره ارسال می‌شوند، سپس به زمین مخابره شده و در مرکز فرماندهی پردازش می‌گردند. این روش ارتباطی بسیار پایدار و دقیق بوده و یکی از نوآوری‌های کلیدی مأموریت Chang’e‑4 محسوب می‌شود.

داده‌های جمع‌آوری شده و تحلیل آنها

ماه‌نورد Yutu-2 حجم بی‌سابقه‌ای از داده‌های علمی جمع‌آوری کرده که تحلیل آنها تصویری تازه از تاریخ ماه ارائه داده است. مهم‌ترین یافته‌های علمی شامل:

• کشف مواد معدنی کمیاب مانند الیوین و پیروکسن که به منشأ آتشفشانی ماه اشاره دارند.
• تصاویر راداری از لایه‌های زیرسطحی که نشان می‌دهد ساختار این منطقه از ماه از لایه‌های مختلف رگولیت و سنگ‌های آتشفشانی تشکیل شده است.
• اندازه‌گیری سطح تابش کیهانی که برای مأموریت‌های انسانی آینده اهمیت دارد.
• نقشه‌برداری سه‌بعدی از سطح که برای مطالعه فرآیندهای زمین‌شناختی مفید است.

دستاوردهای علمی حاصل از Yutu‑2

Yutu‑2 رکوردها و دستاوردهای علمی زیادی به ثبت رسانده است. شاید مهم‌ترین دستاورد آن، نخستین بررسی مستقیم نیمه پنهان ماه باشد. داده‌های راداری نشان داده‌اند که این منطقه لایه‌های رسوبی متفاوتی نسبت به نیمه روشن دارد؛ چیزی که به نظریه‌های جدید درباره تاریخ ماه دامن زده است.

یکی از یافته‌های شگفت‌انگیز Yutu‑2 مشاهده ماده‌ای با ظاهر ژل‌مانند بود که بعدها مشخص شد نوعی سنگ مذاب‌شده ناشی از برخورد شهاب‌سنگی است. این یافته توجه جهانی را به مأموریت جلب کرد. همچنین مطالعه مواد معدنی این منطقه نشان داد که حوضه جنوبگان-آیتکن احتمالاً به اعماق بیشتری از پوسته ماه مربوط بوده و درک ما از شکل‌گیری اولیه ماه را تکمیل می‌کند.

مقایسه Yutu‑2 با ماه‌نوردهای کلاس جهانی

Yutu‑2 در مقایسه با ماه‌نوردهای کلاس جهانی مانند Lunokhod روسیه، Apollo Rover آمریکا و Yutu‑1 چین دارای ویژگی‌های تکنولوژیک برجسته‌تری است. این ماه‌نورد نسبت به Lunokhod بسیار سبک‌تر، کارآمدتر و دارای ابزارهای علمی مدرن‌تر است. برخلاف ماه‌نوردهای آپولو که برای فعالیت همراه انسان طراحی شده بودند و تنها چند روز کار می‌کردند، Yutu‑2 کاملاً خودکار است و مدت مأموریت آن چند سال ادامه داشته است.

در مقایسه با Yutu‑1 که در سال ۲۰۱۳ به ماه رفت، نسخه جدید دارای ارتقاهای قابل توجه در سیستم تعلیق، مدیریت انرژی و ابزارهای علمی است. توانایی نفوذ راداری عمیق‌تر و تصمیم‌گیری بهتر در ناوبری، آن را به یکی از پیشرفته‌ترین ربات‌های اکتشافی فعلی تبدیل کرده است. همچنین هیچ ماه‌نورد دیگری تاکنون نتوانسته بر نیمه پنهان ماه فعالیت کند؛ امری که Yutu‑2 را از رقبا متمایز می‌کند.