أقطار السماوات تتحدى وكالة ناسا

أ.د.عبدالرزاق منصور على

 

 لابد أن نتعرف على بعض المعلومات والمصطلحات العلمية لنستوعب هذا التحدي

  أقطار السماوات والأرض:“Space Discharge Arcs

هي منحنيات فضائيه إشعاعية عالية الطاقةغير مرئية للعين المجرده تنتج من التفريغ الكهربائي لجسيمات الفضاء المشحونة ولذلك تسمى "أقواس التفريغ". يبدأ التفريغ إما عن طريق انبعاث حراري أو انبعاث المجالات الكهربائية – وإذا حدث تفريغ كهربائي لغاز من خلال وسط غير موصل للكهرباء مثل الهواء ينتج بلازما؛ قد تنتج البلازما ضوءًا مرئيًا ينتج عنه تفريغ كهربائي طويل الأمد.

إذا تراكمت شحناتها أكبر من أن يتحملها أى جسم يسبح في الفضاء مثل (المركبات الفضائية)، بالتالي سيحدث لها تفريغ كهربائي لتشكل ما يعرف في علوم الفضاء بأقواس التفريغ لأنها تشبه الأقواس الهندسية، وهي في الأساس تيارات كهربائية قوية تقوم بإتلاف أي جسم فضائي تصطدم به، فيمكنها إتلاف المكونات الإلكترونية، أو تدمير أجهزة الاستشعار، أو إتلاف المواد المهمة مثل طلاء التحكم الحراري للمركبات ويمكن أن تتدخل أيضًا في أنظمة الاتصالات فى صورة أوامر وهمية مثل فيروسات الحاسوب.

 ولنعطى مثالا على أرض الواقع لأقواس التفريغ الكهربائي التي تحدث مع القطارات التى تسير بالكهرباء إذ تحدث ومضات الاقواس عندما يفقد الذراع الممتد من القطار (المنساخ) إتصاله بكابل الطاقة أعلاه -إن فقدان الإتصال هذا هو ما يتسبب في الإنفجار الصاخب والشرار ويفقد القطارات قوتها- (أنظر الصورة أسفل المقال)

 يمكن للأقواس محاكاة نظام التحكم في أوضاع التشغيل، على سبيل المثال التسبب في تغييرات الأماكن أوعدم إنتظام في الدوران- تنبعث الأقواس أيضًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي وتتسبب في حدوث تداخل وضوضاء يمكن أن تعوق كل من القيادة وأوامر التحكم الواردة وردود الأفعال الصادرة بالإضافة إلى إشارات البيانات العلمية.

يمكن أن يكون للشحن تأثيرات كبيرة على مجموعة الطاقة الشمسية وأنظمة الطاقة الكهروضوئية. وتتضاعف قوة التيارات بوتيره منتظمه مما يحافظ على الانحناء القوسي، والذي يمكن أن يدمر المجموعة الشمسية بأكملها. وتم تسجيل كوارث مثل حالات فقدت الأقمار الصناعية أجزاء كبيرة من أنظمة الطاقة الخاصة بها أو جميعها..

الشحن الشفقي للأرض: في المدار الثابت للأرض  يوجد الكثير من الإلكترونات الساخنة وتتراكم خلال العواصف المغناطيسية الأرضية. إنها بيئة شحن كلاسيكية-وهذا الشحن الشفقي للأرض يعتبر مشكلة مماثلة لأقواس التفريغ، حيث تتولد الإلكترونات الساخنة في هياكل المجال الكهربائي فوق المنطقة الشفقية للأرض.

وكالة ناسا تعتمد على النحاس لصناعة محرك المكوك الفضائى

النحاس هو أكثر المعادن قوة في توصيل الكهرباء والحراره ولذلك يستخدم فى صناعة الأسلاك والكابلات الكهربائية.

تحتوي المركبة الفضائية على عدد من المكونات الأساسية، مثل المحرك ونظام الطاقة الفرعي ونظام التوجيه ونظام الاتصالات، بالإضافة إلى الأدوات العلمية. وتشكل الأدوات العلمية وحدة الحمولة.

يعتمد المحرك الصاروخي الأكثر تقدمًا في العالم على سبائك النحاس. يتم استخدام ثلاثة من هذه المحركات القوية في كل من المكوكات الفضائية الأربعة المصممة من الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء الأمريكية (ناسا)-

يقول آر جيفري دنج، مهندس المشروع في مركز جورج سي مارشال لرحلات الفضاء: "يلعب النحاس وسبائكه دورًا مهمًا في جميع رحلات الفضاء التابعة لناسا أثناء الطيران، تولد المحركات الرئيسية لمكوك الفضاء حرارة هائلة. وتبديد هذه الحرارة ضروري للحفاظ على سلامة المحركات ولذلك فالنحاس هو أحد أكثر المعادن الضرورية لهذا الغرض

تصنع بطانات غرفة الاحتراق الرئيسية من سبيكة نحاسية تسمى   "-ARLoy-ZN"

 – مكونه من (96٪ نحاس، 3٪ فضة، 0.5٪ زركونيوم)                    

وتتميز بخصائص فائقة في نقل الحرارة، ومقاومة ممتازة للتآكل والأكسدة وغير عرضة لأي شكل من أشكال التقصف والتآكل الهيدروجيني- أثناء التشغيل تحتوي غرف الاحتراق الرئيسية للمحركات على مادة دافعة مشتعلة (هيدروجين) وتقترب من درجات حرارة 6000 درجة فهرنهايت. على الرغم من ظروف التشغيل القاسية هذه، يجب أن تظل بطانات الغرفة سليمة من الناحية الهيكلية نظرا للإستخدام المتكرر.

التحديات الكبرى لتكنولوجيا الفضاء:

1- التفريغ الخارجي:أشارت التقارير الواردة في المجلات المتخصصة في مجال تكنولوجيا الفضاء إلى أن المركبه الفضائيه جلاكسي 15 كانت ضحية لشحن المركبات الفضائية. إذ قامت الإلكترونات الساخنة التي تجوب حزام الإشعاع الخارجي بقذف "Intelsat" القمرالصناعي مما تسبب في بناء شحنة سالبة على سطحه تبع ذلك تفريغ كهربائي, أدى إلى تعطيل أنظمة   الإتصالات ولم يعد بإمكانها إستقبال اتصال لاسلكي من القمر الصناعي- استغرق الأمر 8 أشهر لإعادة الاتصال وإعادة وضع القمر الصناعي في مداره المطلوب - وقام الفريق الهندسى بالتحقيق في سبب الفشل والذي تم تحديد السبب بأنه بواسطة إلكترونات المدارات الفضائيه عالية الطاقة متبوعة بتفريغ كهربائى بين كابلات الطاقة الأولية باعتباره السبب المحتمل لتلف نظام الطاقة


في حين أن الفضاء هو فراغ، فهو أبعد ما يكون عن الفراغ بالنسبة للمركبات الفضائية التي تعمل في بيئة فضائية، تكمن الأخطار في كل مكان. وباستثناء النيازك والحطام المداري، فإن معظم هذه المخاطر هي نتاج بيئة إشعاعية عالية الطاقة للجسيمات المشحونة. وفي ضوء هذه البيئة، فإن شحن المركبات الفضائية أمر لا مفر منه.

2- التفريغ الداخلي: الأقواس الناتجة عن شحن العوازل الكهربائية للمركبة الفضائية قوية للغاية لأن الشحنة على مساحة كبيرة يتم تحريكها من خلال ظاهرة آليات انتشار القوس. وتساهم الحواف العازلة المكشوفة في تراكم الشحنة وإطلاق الأقواس- كما تستطيع الإلكترونات واسعة الطيف وعالية الطاقة المتولده أن تتسبب في الشحن والتفريغ الداخلي للمركبة الفضائية.

هناك حالات فقدت فيها الأقمار الصناعية أجزاء كبيرة من أنظمة الطاقة الخاصة بها أو جميعها. وهذا خطركارثي. يمكن أن يتسبب فى فقد مهمة القمر الصناعي تمامًا.

حتى الشحنات التي تبدو لنا غير ضارة والتي لا تؤثر على المركبة الفضائية نفسها يمكن أن يكون لها تأثير كبير على

الأقمارالصناعيه التى ترسل فى مهمه علميه مثل التي تقيس الجسيمات المشحونة لدراسة الغلاف المغناطيسي للأرض-

السلطان: ورد ذكره فى القرآن الكريم بمعنى الدليل والبرهان- القوه- الحجه

بعد معرفة بعض المعلومات ننتقل لسيناريو التحدى والصراع بين أقطار السماوات والأرض من جهه وبين المركبات الفضائيه والأقمار الصناعيه من جهه أخرى من خلال تدبر هذه الآيات من سورة الرحمن (يَا مَعْشَرَ الْجِنِّ وَالْإِنسِ إِنِ اسْتَطَعْتُمْ أَن تَنفُذُوا مِنْ أَقْطَارِ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضِ فَانفُذُوا ۚ لَا تَنفُذُونَ إِلَّا بِسُلْطَانٍ يُرْسَلُ عَلَيْكُمَا شُوَاظٌ مِّن نَّارٍ وَنُحَاسٌ فَلَا تَنتَصِرَانِ) -

أى أن كلا من الجن والإِنسان يستطيع أن يخترق الحواجز المتمثلة فى أقطار السماوات والأرض وذلك عن طريق قوة العلم، ولكن سيحدث هذا فى الحدود المسموح بها ومن يتجاوز هذه الحدود ويتوغل أكثر فى الفضاء سيجد الصواعق الناريه النحاسيه التى تزداد قوتها مع زيادة التوغل داخل الفضاء لأن أقواس التفريغ يتضاعف عددها وقوتها بالإضافه إلى تميز النحاس بقدرته الفائقه على توصيل الكهرباء والحراره مما يضاعف المخاطر التى تفشل المركبات الفضائية فى التغلب عليها = (لا تنتصران)

الخلاصه: يستمر التحدى والصراع بين إستمرارتحديث وتصميم المركبات الفضائيه وبين أقطار السماوات والأرض والمذهل أن مادة النحاس التى تستخدم لحماية المركبات الفضلئيه من الحراره العاليه هي التى من الممكن أن تكون سببا لتدمير المركبه لأن النحاس يتميز بأنه أكثر المعادن توصيلا للحراره والكهرباء مما سيعمل على إمتصاص وتكثيف الطاقه الكهربائيه والإشعاعيه والحراريه على المركبه الفضائيه  ما يؤدى لإتلافها- ولن تنطفأ شعلة هذا الصراع بالتطور العلمي والتكنولوجي- وهذا يذكرنا بالصراع والحرب المستمره بين الإنسان والميكروبات فكلما إكتشفنا تطعيما أو أدويه لتحصنا ضد الميكروبات تقوم الميكروبات هي الأخرى بتغيير جلدها لتهرب من تأثير الدواء والتطعيم وحتى من الجهاز المناعي للإنسان-

معلومات علميه لمن يريد المزيد

التخفيف من المخاطر:للمساعدة في التخفيف من تهديدات شحن المركبات الفضائية لبعثات ناسا، تم تصميم أنظمة المركبات الفضائية والتلسكوبات على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض. كان الشحن يمثل مشكلة طالما أن ناسا وبرامج الفضاء الأخرى كانت ترسل مركبات إلى الفضاء- كان هناك الكثير من الحالات الشاذة المتعلقة بالشحن في السبعينيات والثمانينيات

 لكن العدد آخذ في الانخفاض، لأنه كلما فهمنا ذلك، كان بإمكاننا بناء أقمار صناعية بشكل أفضل للعمل بنجاح. ومع ذلك في كل مرة يحدث فشل مره أخرى بسبب الشحن. تنخفض حالات الفشل لكل عقد وهذا يعني أننا نفهم ما يحدث وأن مصممي المركبات الفضائية يتبعون ممارسات تصميم جيدة تخفف من أخطار الشحن- أفضل حل للتخفيف من مخاطر الشحن هو التصميم الجيد والاختبار الذي يتم إجراؤه باستخدام نمذجة الحاسوب. "يمكننا محاكاة تراكم الشحنات والتغيرات في الجهد عبر السيارة. يمكننا أن نرى حركة الجسيمات. إن الجمع بين كل من العمل التحليلي والاختبار ينتج عنه أفضل تصميم للقمر الصناعى-

 

 



 


ومضات الاقواس عندما يفقد الذراع الممتد من القطار (المنساخ ) الاتصال بكابل الطاقة أعلاه

References

1-The Arc Species "Zoo"". Arc Suppression Technologies. Retrieved March 28, 2023.)

2- https://www.acelectricohio.com/what-is-electrical-arcing/

3- Copper Development Association Inc. All Rights Reserved. (2022)

Powered by Cascade CMS. 08/11/2017

4- Daniel Hoffbauer NASA Engineering & Safety Center (NESC)-

Last Updated: Apr 7, 2020.