تستعد وكالة الفضاء الأمريكية لإطلاق معدات غير مسبوقة تركز على إشعال حرائق محكومة على سطح القمر في عام 2026. وستسافر الوحدة التجريبية إلى القمر الصناعي الطبيعي في مهمة حرق عينات الوقود الصلب في بيئة منخفضة الجاذبية. سوف تقوم أجهزة الاستشعار المتقدمة بتسجيل سلوك اللهب التفصيلي. ستوفر العملية أول بيانات عملية عن انتشار الحرائق خارج كوكبنا.
يحاول المشروع حل مشكلة حرجة تتعلق بهندسة الموائل خارج كوكب الأرض. تخضع الديناميكيات الحرارية لتغيرات جذرية عندما تتعرض فقط لسدس قوة الجاذبية الأرضية. إن رسم خرائط لهذه الظاهرة الفيزيائية سيوجه عملية إنشاء بروتوكولات السلامة لأطقم برنامج Artemis. ويعتمد تصميم القواعد القمرية المستقبلية على نتائج هذه القياسات.
عمل وحدة الاختبار المستقلة
كانت التجربة تسمى من الناحية الفنية قابلية اشتعال المواد على القمر، أو ببساطة FM2. يتكون الهيكل الرئيسي من غرفة احتراق مغلقة بالكامل. سوف يركب النظام على مركبة هبوط تجارية بدون طيار. وتعد هذه المبادرة جزءًا من برنامج خدمات الشحن القمري التابع للوكالة الأمريكية، والذي يتعاقد مع شركات خاصة لنقل الأدوات العلمية.
ستقوم المعدات بتنفيذ تسلسل الإشعال بالكامل دون الحاجة إلى أوامر بشرية مباشرة بعد الهبوط. تمنع العزلة المحكم للغرفة أي نوع من التلوث من البيئة القمرية الخارجية. يتضمن الإجراء حرقًا متسلسلًا لأربع عينات من مواد مختلفة. كل عنصر له كثافة محددة وتركيب كيميائي للاختبار.
سيتم جمع المعلومات في وقت واحد من خلال مجموعة من الأدوات المدمجة في الهيكل. يشمل إعداد التجربة الأجهزة التالية:
- ركزت الكاميرات عالية السرعة على تسجيل توسع الحريق بصريًا.
- أجهزة قياس الإشعاع المعايرة لقياس الكثافة الحرارية للاحتراق.
- حساسات مخصصة لمراقبة استهلاك الأوكسجين الداخلي.
تضمن هذه البنية التكنولوجية عدة دقائق من المراقبة المستمرة للحريق. اختبارات مماثلة تم إجراؤها على الأرض في رحلات مكافئة توفر بضع ثوانٍ فقط من الجاذبية الصغرى. يمثل الوقت الممتد للتجربة القمرية قفزة منهجية للباحثين. سيكون العلماء قادرين على متابعة الدورة الكاملة للاشتعال والانقراض.
الاختلافات الجسدية للهب في انخفاض الجاذبية
تملي قوة الجاذبية القواعد الخاصة بكيفية بقاء النار حية وانتشارها في جميع أنحاء البيئة. يرتفع الهواء الساخن الناتج عن اللهب بسرعة إلى الأرض بسبب الحمل الحراري. الحركة المستمرة تخلق مسودة. يسحب هذا التدفق الأكسجين الطازج إلى قاعدة النار ويغذي التفاعل الكيميائي. يمكن لنفس الديناميكيات أيضًا تبديد الحرارة وإطفاء الحريق فجأة.
يخضع السيناريو المادي لتغيير عميق على التربة القمرية. تتسبب الجاذبية المحلية البالغة 16% في ارتفاع الغازات الساخنة بمعدل بطيء إلى حد ما. يظل إمداد الأكسجين عند قاعدة اللهب ثابتًا لفترة أطول. هذا الثبات يغير دورة حياة النار.
المواد التي تعتبر آمنة على كوكبنا يمكن أن تشكل مخاطر شديدة في ظل الظروف القمرية. البوليمر الذي ينطفئ خلال ثوانٍ قليلة على الأرض لديه القدرة على الاحتراق لمدة دقائق طويلة على القمر. يؤدي عدم وجود حمل حراري قوي إلى إنشاء منطقة احتراق مستمرة. تصل الحرارة المشعة إلى الأسطح القريبة بكثافة أكبر.
تاريخ الأبحاث حول المحطات المدارية
لقد قام مهندسو الفضاء الجوي بالفعل بتجميع قاعدة بيانات قوية حول الحرائق في بيئات الجاذبية الصغرى. استضافت محطة الفضاء الدولية أكثر من 1500 عملية اشتعال صغيرة خاضعة للرقابة على مر السنين. وكشفت الصور أن النيران تتخذ شكلا كرويا في غياب الجاذبية لتوجيه الغازات. يحدث الحرق بالتساوي في جميع الاتجاهات.
يعمل نظام التهوية الاصطناعية كمحرك كبير للحرائق المدارية. يؤدي قطع دوران الهواء إلى إيقاف انتشار النيران على الفور تقريبًا. لا يزال إعادة الاشتعال التلقائي يشكل تهديدًا حقيقيًا حتى بدون تدفق الأكسجين. يخزن الجمر ما يكفي من الحرارة لإشعال النار مرة أخرى إذا عادت التهوية.
يمثل مشروع Saffire مرحلة مهمة أخرى من هذا البحث العلمي. استخدمت التجربة سفن الشحن التي تستخدم لمرة واحدة لحرق صفائح وأقمشة الأكريليك بمعدلات أكبر. أثبتت البيانات أن النار يمكن أن تتقدم عكس تدفق الهواء في بعض المواد. احترقت الصفائح الرقيقة بضراوة أكبر مما توقعته أجهزة محاكاة الكمبيوتر.
تحديث معايير هندسة الطيران
تعتمد صناعة الفضاء بروتوكولات السلامة الخاصة بها على الاختبارات التي يتم إجراؤها تحت تأثير جاذبية الأرض. يحدد المعيار الفني الحالي معايير الموافقة على العناصر المستخدمة في المهام التي تشمل البشر. تعرض هذه الطريقة عينة رأسية للهب طوله ستة بوصات. ويتم التحليل داخل مختبرات موحدة.
تفشل المادة في الاختبار إذا تجاوز الحريق العلامة المحددة أو تم إطلاق قطع متوهجة. هذه القاعدة تحمي رواد الفضاء خلال عقود من المهام في مدار الأرض. إن العودة النهائية إلى القمر تفرض مراجعة عميقة لهذه المعايير. التغيير في الفيزياء يتطلب معايير تقييم جديدة.
ستساعد الأرقام المستخرجة من وحدة FM2 في معايرة النماذج الرياضية للوكالة. يحاول الباحثون بناء جسر بين الاختبارات الأرضية وسلوك النار في الفضاء. إن فهم الجاذبية الجزئية يحل النقص في كتب الهندسة المدرسية. سوف تملي الحدود الجديدة اختيار العزل الحراري والأقمشة.
بناء موائل آمنة لرواد الفضاء
يتطلب إنشاء القواعد الدائمة السيطرة الكاملة على مخاطر البيئة الداخلية. يعد الحريق داخل وحدة مغلقة من بين أسوأ التهديدات التي يتعرض لها طاقم الفضاء. يحافظ الغلاف الجوي الاصطناعي للموائل على تركيزات الأكسجين الخاضعة لرقابة صارمة. يؤثر أي اختلاف في خليط الغاز على مستوى القابلية للاشتعال في الموقع.
وسيزداد وقت الفرق على السطح في المراحل التالية من برنامج أرتميس. تزيد المدة الطويلة للمهمات من احتمالية وقوع حوادث بسبب دوائر قصيرة في اللوحات الكهربائية. يعمل الاختيار الصحيح لمواد البناء كحاجز دفاعي رئيسي. الوقاية الهيكلية تلغي الحاجة إلى أنظمة مكافحة الحرائق المعقدة.
ويتولى خبراء من مراكز Glenn and Johnson قيادة التطوير الفني للمعدات. تعمل جامعة Case Western Reserve ضمن الاتحاد في معالجة البيانات الأولية. ستصل حزم القياس عن بعد إلى الأرض بعد وقت قصير من انتهاء حرق العينات القمرية الأربع. إن الإسناد الترافقي لهذه المعلومات سيحدد قواعد التصنيع لسلسلة توريد صناعة الفضاء بأكملها.