متابعة الصناعة الفضائية لفترة طويلة تكشف لك أن عددًا غير متناسب من الأخطاء الكارثية في الأقمار الصناعية أو مركبات الإطلاق يمكن تتبعها إلى جزء صغير في الحجم ولكن شائع جدًا: الصمامات.
تلعب الصمامات دورًا حاسمًا في هندسة المركبة الفضائية، حيث تنظم تدفق المواد مثل الهيليوم والوقود. يمكن العثور عليها أيضًا على مركبات الإطلاق، ومن حيث العدد، فإنها تعتبر واحدة من الأجزاء الفرعية الأكثر شيوعًا في هذه الأنظمة. وتأتي هذه الحقيقة إلى التركيز الشديد هذا الأسبوع عندما أعلنت شركة Astrobotic أن مركبها الفضائية Peregrine Lunar لن تتمكن من محاولة هبوط ناعم على سطح القمر بسبب تسرب في الدفع يؤدي إلى نهاية المهمة – مع احتمالية أن يكون مصدرها صمام فشل في إعادة الإحكام.
ما هي مشكلة الصمامات؟
ولكن Astrobotic ليست بالشركة الوحيدة في مجال الفضاء التي قطعت مهمتها بسبب قضايا الصمامات أثناء التجارب أو في المدار. واجهت Boeing تأخيرات كبيرة في مهمتها الثانية لاختبار كبسولتها المأهولة Starliner بسبب مشاكل في الصمامات، وفي عام 2019، انفجؤت كبسولة SpaceX’s Crew Dragon أثناء اختبار أرضي بسبب صمام تسرب في نظام الدفع.
“هناك ألف طريقة مختلفة يمكن أن تجعل الصمام غير سليم”، قال جيك توفرت، المدير التنفيذي لشركة Benchmark Space Systems، وهي شركة ناشئة في ولاية فيرمونت تعمل على تطوير أنظمة الدفع للمركبات الفضائية.
كيف تتكون الصمامات؟
حتى ألف قد يكون تقديرًا مبالغًا فيه. بشكل عام، تتألف الصمامات من نابض يجب أن يعاود وضع نفسه بعد التحريك، ويجب أن يُغلق في ختم. “إذا كان هناك أي مشاكل مع ذلك، يمكن أن يُغلق بشكل خاطئ، ويمكن أن يتسبب في تسربات”، قال غرانت بونين، مصمم مركبات فضائية ومؤسس gravityLab.
ولكن هذا الوصف بسيط جدا حد التضليل. يجب أن تُصنع صمامات الفضاء بدقة فائقة، وتكون خفيفة قدر الإمكان وتتحمل اختبارات صارمة: درجات حرارة متطرفة، وسوائل متطرفة، وبيئات اهتزازية متطرفة، وضغوطًا متطرفة – أحيانًا تصل إلى آلاف الجنيهات لكل بوصة مربعة. ويجب أن تتمتع الصمامات أيضًا بمتطلبات تسرب فائقة منخفضة؛ وقال توفرت إن بعض الصمامات لديها معدلات تسرب مسموح بها تعادل تسرب جرام واحد من الهيليوم على مدى 200 عام.
إلى أي مدى يبلغ تعقيد الصمامات؟
وتعقيد الأمور أكثر بكثير بفعل الحقائق الفيزيائية الأساسية التي يجب على المهندسين ومصنعي الصمامات التعامل معها. على سبيل المثال، بعض الوقود والمحترقات غير متوافقة مع بعض البوليمرات المستخدمة في ختم الصمامات، ويمكن أن تؤدي عدم التوافق الكيميائي إلى مشاكل مثل التآكل أو التشقق. ويجب أن يكون المهندسون حذرين من “حطام الجسم الغريب”، أو FOD، أصغر جسيم من الحطام أو الشوائب الذي يمكن أن يسد الصمام أو يمنع الختم السليم. حتى التسربات الصغيرة يمكن أن تتسبب في آثار غير متوقعة، لأن التمدد السريع للغاز يجعل الأمور باردة، مما يمكن أن يخرج الصمام عن نطاق درجة حرارته المقبول.
ماذا عن الاختبارات؟
يقوم المهندسون بتشغيل المركبات الفضائية من خلال مجموعة من الاختبارات على الأرض، ولكن بيئة الرحلة يمكن مطابقتها إلى حد ما، وفي نهاية اليوم، يواجه المهندسون قائمة لا تنتهي من أوضاع الفشل ويجب عليهم في وقت ما تحديد ثقتهم في الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، فإنه ليس من غير المعتاد أن تأكل الشركات كامل فارغ جدولها الزمني بسبب التصميم والتوريد والبناء، مما يترك قسم الاختبارات ضغط الجدول الزمني الأكبر.
ربما يكون من الجذاب التفكير، لماذا لا نضيف صمامًا إضافيًا، بحيث إذا فشل أحدها في الفتح، هناك نسخة احتياطية؟ ولكن إضافة صمامين (أو أي أجزاء فرعية إضافية) يمكن أن تخلق وسائل فشل جديدة تمامًا لم تكن لديك مع صمام واحد.
لماذا تبدو الأجسام دائرية في الفضاء؟
رائحة الفضاء.. كيف تبدو؟ وما سر تكونها؟
العرب حاضرون.. ما أكثر الجنسيات التي زارت محطة الفضاء الدولية؟
