الابتكارات في مجال المواد الجاهزة للارتقاء بالبيئة لأغراض التطبيقات الفضائية الجوية

دور اللوبريات الصلبة في الفضاء الجوي

وقد كانت مواد التشحيم الصلبة ضرورية منذ وقت طويل في التطبيقات الفضائية الجوية حيث لا يمكن أن تؤدي المواد التقليدية للتزليق السائل بشكل موثوق به، أما مكونات مثل آليات معدات الهبوط، ومحركات التموين السطحي، ونظم النشر الساتلي، وعلامات المحركات فتعمل تحت درجات حرارة شديدة، وثغرة عالية، وشديدة الإشعاع، وخطورة شبه حادة، ففي هذه البيئات المطلة، فإن المواد الصلبة المتجمدة من المواد تستخدم كأف أو الحماية اللازمة.

Environmental Imperatives Driving Change

وتستأثر صناعة الفضاء الجوي بما يقرب من 2.3 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، ولكن البصمة البيئية تمتد إلى ما يتجاوز غازات الدفيئة، وتشمل صناعة التشحيم التقليدية عمليات كثيفة الطاقة واستخدام المذيبات السمية، كما أن التخلص من المواد السائلة الصالحة للشرب يمكن أن يلوث التربة والمياه، كما أن الهيئات التنظيمية مثل برنامج ترددات المواد الكيميائية المتجددة التابع للاتحاد الأوروبي ووكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة قد أحكمت القيود المفروضة على المواد الكيميائية.

الابتكارات الرئيسية في مجال المواد الغذائية والصديقة

وقد أسفرت البحوث الأخيرة عن عدة إنجازات تجعل من المواد الكيميائية الصلبة المستدامة صالحة للتطبيقات الفضائية الجوية ذات الاستعمالات العالية، وتشمل هذه الابتكارات المواد النانوية، والمركبات المتعددة المركّبات، والمضافات المستمدة من التكنولوجيا الأحيائية.

المواد المصنَّعة

وقد أدى إدماج المواد النانوية إلى تحسين كبير في أداء المواد الصلبة للتزليق، فعلى سبيل المثال، توفر القوة الميكانيكية الاستثنائية، والسلوك الحراري، وممتلكات التبريد الذاتي، وعندما تدمج في الأفلام الرقيقة أو مصفوفات البوليمر، يقل حجم الغرافيا عن 0.05، وتقاوم الارتطام بأكثر من آلاف الدورات.

المركبات القابلة للتحلل البيولوجي

وثمة سبيل آخر واعد هو تطوير مواد التشحيم الصلبة المركبة التي يتم إنتاجها من البوليمرات القابلة للتحلل الأحيائي ومن عوامل التشحيم الطبيعية، حيث أن هذه المواد المحتوية على مقياس متعدد الهيدروكياكل (PHAs) وحامض البوليتيك (PLA) ومساحات الأشعة النانوية (Gulose nacrystals) تشكل مقاييس يمكن الجمعها مع مشغلات مثل أكسيد الزنك أو التحلل الزيت أو النفطي.

الإضافات القائمة على أساس بيولوجي

وتزيد المواد المضافة المستمدة من مصادر متجددة من أداء كل من المواد الصلبة وشبه الصلبة للتزليق، حيث يمكن تعديل هذه المواد الكيميائية بطريقة غير قابلة للتداول من خلال المادة 25 من المواد الكيميائية، بحيث تشكل أفلاماً ذات أبعاد حدودية على أسطح المعادن، وعندما تستخدم في أجهزة التشحيم الصلبة أو في شكل مواد مسببة للاختلال السطحي، فإن هذه المواد المضافة التي تستخدم في التحلل الأحيائي() تُحسن

خصائص الأداء في ظل الظروف القصوى

ويجب أن تعمل المواد الفضائية الجوية بصورة موثوقة في البيئات التي تدفع المواد إلى حدودها، بينما يختبر محركات التزليق الصلبة الملائمة للبيئة لأداء الفراغ، ومقاومة الإشعاع، والتدوير الحراري، والقدرة على التحميل، وتظهر المعاطف الفضائية غير المجهزة بالأشعة فوق البنفسجية، مثلاً، وجود طلاءات غير معقولة تحت الفراغ، مما يجعلها مناسبة للصكوك الضوئية وآليات الإشعاع المختومة التي يجب تجنبها.

ألف - الملاءمات عبر دورة الحياة الفضائية الجوية

ويؤدي اعتماد مواد تشحيم صلبة ملائمة للبيئة إلى تحقيق فوائد تتجاوز الأثر البيئي المباشر.

القدرة على الإنتاج التنظيمي والمصادقة

(ب) تشمل عمليات اختبار وشهادات دقيقة، وتضع منظمات مثل الرابطة الدولية للكيمياء الفضائي (SAE International) وشركة ASTM (A) و(A)BO-BI) (E-FICAL-Rea) أساليب اختبارية موحدة للاحتكاك واللبس والاستقرار الحراري والحماية من الارتداد، كما أن المواد الكيميائية الصلبة الملائمة للتكامل البيئي يجب أن تستوفي نفس حدود الأداء.

التحديات والبحوث الجارية

ورغم التقدم السريع، لا تزال هناك تحديات: فالالمواد الصديقة للبيئة غالباً ما تكون ذات استقرار حراري أقل من المعايير الاصطناعية - على سبيل المثال، فإن العديد من المواد المضافة القائمة على أساس بيولوجي تبدأ في الانحدار فوق 250 درجة مئوية، مما يحد من استخدامها بالقرب من محركات الطائرات أو أسطح المركبات المعادة للارتداد، كما أن حساسية المادة الهضمية تؤثر على بعض المتجانسات القابلة للتحلل الأحيائي، مما يؤدي إلى تغيير نهج التطهير في آليات الاختراق.

المستقبل والتعاون في مجال الصناعة

وسيتسارع اعتماد مواد التشحيم الصلبة الملائمة للبيئة في الفضاء الجوي مع تراكم بيانات الأداء وتكثيف الضغوط التنظيمية، إذ ستؤدي الشراكات بين الجامعات والمختبرات الوطنية والجهات الفاعلة في الصناعة - مثل مبادرة خطوط الطيران المستدامة للمخروطين والمكونات الفضائية الجوية - التمويل البيئي لبرنامج النقل الجوي - إلى اختبارات تطبيقية واختبارات ميدانية، ويتضمن برنامج الاتحاد الأوروبي الخاص بأحوال المناطق الحضرية دعاات موجهة نحو خفض معدلات الإنتاج التجاري.