كيف تخترقُ مركبةُ الفضاءِ الغلافَ الجويَّ دونَ أَنْ تحترقَ أو تتأذى؟

استمع على ساوندكلاود 🎧

تواجه المركبات الفضائية في رحلة عودتها إلى الأرض مخاطر كثيرة، من أهمها مرحلة الدخول في الغلاف الجوي للأرض، حيث يمكن أن تتسبب سرعتها العالية واحتكاكها بجزيئات الغازات باحتراق أو عطب المركبة.

كيف استطاع العلماء التغلب على هذه المشكلة؟

هذا ما سنعرفه في المقال التالي.. قراءة مفيدة وممتعة..

لنسلط الضوء فيما يلي على تفاصيل ما يحصل.

في نهاية الرحلة إلى الفضاء الخارجي، لا بد من أن تتبع مركبة الفضاء مسار دقيقة؛ لعودة سليمة إلى الأرض، وإلا ستكون عُرضَة للاحتراق عند دخولها الغلاف الجوي للأرض، أو القذف نحو الفضاء الخارجي من جديد.

لاحظ علماء الفلك، والكثير من الناس في مراحل سابقة (قبل بدء الرحلات البشرية إلى الفضاء الخارجي)، أنّ الأجسام الصلبة عند دخولها طبقة الأتموسفير، تشتعل وتحترق قبل وصولها إلى سطح الأرض. وتُشَكّل ما يسمى بالشُهب، وقد بَرروا هذه الظاهرة باحتكاك هذه الأجسام الصلبة ذات السرعة العالية -التي تتجاوز سرعة الصوت بمرات عديدة- مع جزيئات الهواء.

تم اقتباس الفكرة الأولى في فترة الحرب الباردة، من الدروع المستخدمة لحماية الصواريخ البالستية، بعيدة المدى من الانفجار نتيجة ارتفاع درجة حرارتها عند طيرانها لمسافة طويلة، حيث تتعرض هذه الدروع للضرر في حين يتم حماية الطبقات السفلى. استخدمت هذه التقنية في الرحلة نحو عطارد وأبولو 13. تم لاحقاً استخدام نفس التقنية في برنامج الفضاء الخاص بوكالة ناسا، واعتمدت الطريقة التي يتم تصميم هذه الدروع فيها على أن تُستَخدم هذه الدروع لمرة واحدة، -حيث كانت المركبة فعلياً تقوم برحلة واحدة. صُممت الدروع من طبقات ثقيلة من مادة بلاستيكية خاصة، تشتعل عند وصول درجة الحرارة لقيمة معينة محسوبة بدقة، فيحصل تفاعل كيميائي ويشتعل درع الحماية دافعاً بالغاز ذو درجة الحرارة المرتفعة بعيداً عن جسم المركبة. لكن مع بدء استخدام ناسا لمكوك الفضاء، وهو عبارة عن مركبة فضاء تستخدم في رحلات متعددة، أصبح لزاماً تصميم دروع الحماية بطريقة تمكّنها من العمل لمرات عديدة، فَتَمّ اعتماد السيراميك، حيث صُمم الدرع من أجزاء متعددة من السيراميك، مبنية بطريقة تمكنها من توليد حركة للغازات الحارة، تدفعها بعيداً عن جسم المركبة، كما تم الفصل بين درع الحماية السيراميكي وجسم المركبة بطبقات عزل حرارية خاصة.

الشرطان الأساسيان اللازمان لوصول مركبة الفضاء بأمان إلى سطح الأرض، هما الشكل وزاوية الدخول في الغلاف الجوي، حيث بينت الدراسات التي أجريت في الخمسينيات من القرن الماضي أن الشكل الكبسولي a blunt shape، هو الأنسب من ناحية تقليص درجة الحرارة الناجمة عن الاحتكاك؛ لأنه لا يسبب ارتداداً سريعاً لجزيئات الهواء عند ارتطامها به نتيجة السرعة فوق الصوتية، وإنما يجعلها تسلك سلوك وسادة هوائية تحيط ببدن المركبة وتدفع بالهواء الساخن بعيداً. أما فيما يتعلق بزاوية الدخول إلى الغلاف الجوي، فكلما كانت حادة كلما زادت الاحتكاكات وبالتالي زاد احتمال احتراق المركية، كما أن الورود بزاوية كبيرة سيجعل سطح الغلاف الجوي يسلك سلوك نابض، يقذف بالمركبة نحو الفضاء الخارجي، وبالتالي بينت الدراسات أن الزاوية 40 درجة، هي الزاوية الأنسب لدخول المركبة الغلاف الجوي.

تشير تقارير بعض العلماء إلى أن ناسا ستعود في السنوات القادمة؛ لاعتماد مركبات فضاء بنموذج كبسولة ذات غلاف حراري.

اذا كيف تخترقُ مركبةُ الفضاءِ الغلافَ الجويَّ دونَ أَنْ تحترقَ؟

الإجابة بكل بساطة هي أنها تملك شكلاً مناسباً، وتطير بزاوية ميلان مناسبة أيضاً إضافة لطلاء جسمها الخارجي بمادة خاصة.

شاركنا في رحلة المعرفة، ما هو التساؤل الذي طالما شغلَ تفكيرك دون أن تحصل على جوابٍ علميٍّ دقيق له؟ حان الوقت لتعرف الجواب.

المصدر: هنا