Table of Contents
وتُستخدم نظم وقود المركبات الفضائية في بيئة تغيب فيها الجاذبية بصورة فعالة، وهذه الحالة، المعروفة باسم الجاذبية الصغرية، تحول السلوك اليومي للسوائل إلى تفاعل معقد بين التوتر السطحي، وقوات الكبسولات، واختفاء الطفرات، إذ إن مصممي البعثات، فهم هذه الآثار ليس ممارسة أكاديمية؛ ومن الضروري ضمان أن تصل أجهزة الدفع إلى محركات الحرق، وأن تظل البيئات الحرارية مستقرة، وأن تُغيّر سوائل المركبات الفضائية.
الجاذبية الصغرى: أكثر من مجرد صفر من الجاذبية
وكثيرا ما يوصف الجاذبية الصغرى بأنها عديمة الوزن، ولكنها على وجه التحديد حالة تكون فيها قوى الجاذبية صغيرة جدا مقارنة بالقوات الأخرى مثل التوتر السطحي وقوات الكبسولة، وعلى الرغم من أن محطة الفضاء الدولية كثيرا ما تسمى مختبرا للتنوع الجسيم، فإن المصطلح ينطبق على أي بيئة يكون فيها التسارع الصافي الذي يتصرف على نظام أقل من 10 - [FT]
منظمة " الفايض " الأساسية في الجاذبية الصغرية
أعمال الحيازة والقوادة السطحية
(أ) إن أهم تغيير في الجاذبية الصغرية هو هيمنة التوتر السطحي، وعلى الأرض، تُطغى الجاذبية السطحية وتُجبر على التعبئة عند أدنى نقطة، وفي الجاذبية الصغرى، يتسبب التوتر السطحي في تكوين قطرات سطحية أو في أسطح مبللة بطرق تقلل من المساحة الإجمالية للوصلات البينية، كما أن الظواهر الكلاسيكية هي المياه أو البخارية التي تُعب بها الصواد.
عدم وجود الرحلة والتسليم
وعلى الأرض، يدفع الازدهار بقاع الغاز إلى أعلى وهى جسيمات أشد انخفاضاً، وفي الجاذبية الصغرية، لا توجد طفرة في المحركات، ولا تزال فقاعات الغاز المكشوفة معلقة أو مهاجرة بسبب خوارق التوتر السطحي أو بسبب التسرع في الترسبات، كما أن الترسبات لا تحدث، وبالتالي فإن أي مركب ثابت أو مركب مركب مركب مركب
Convection and Thermal Gradients
ويكاد يكون الحساب الطبيعي، الذي يحركه اختلافات الكثافة بسبب درجات الحرارة، مقطوعا تماما في الجاذبية الصغرية، ويحدث نقل الحرارة أساسا من خلال التصريف والتلوث القسري (إذا كانت المضخات توزع السوائل) وهذه آثار كبيرة على الإدارة الحرارية في نظم الوقود، وبدون الخلط الطبيعي، يمكن أن تتطور البقع الساخنة بالقرب من مصادر الحرارة، بينما قد يظل الدفع في المناطق المظلة باردا أيضا.
.آثار نظم مُنتجي المركبات الفضائية
إدارة الأعمال والتمركز
أما أكثر النتائج إلحاحاً للخلود الجاذبية، فهي أن الدافع لا يبقى في قاع الصهريج، وما لم يكن هناك قيد فعلي، فإن السائل سيهاجر ويتحول إلى مكابح عائمة، ويرمي إلى جدران الصهاريج بالتوتر السطحي، مما يجعل من المستحيل ببساطة استخدام منفذ على قاعدة الصهريج لتصريف الوقود، بل يجب أن يُشغل السائل الذي يُطفح على المحركات باستمرار.
Bubble and Vapor Entrapment
وحتى مع وجود صهاريج للدفع الجيد، يمكن للفقاعات أن تتشكل من التطهير أثناء عمليات الضخ، من الغازات المذوبة التي تخرج من الحل كسقوط للضغط، أو من التبخير بسبب الحرارة.() وفي جسامة الأرض، فإن هذه الفقاعات سترتفع وتنفجر في السطح السائل.() وفي الجاذبية الصغرية، تظل هذه المركبات معلقة ويمكن أن تُسحب إلى محركات الرش.
الديناميكية والتحكم في سلوش
ويسود في بعض الأحيان نظام " التدفق الحاد " الذي يُستخدم في إطاره السائل داخل صهريج مليئ جزئياً، ويُستخدم في حالة الجاذبية الصغرية، ويهيمن على الأرض على نظام الرش الذي يُنشئ قوة دافعة، وفي الجاذبية الصغرى، فإن القوة الاستعادة تأتي أساساً من التوتر السطحي، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في مستويات الارتداد الطبيعي وانخفاض في حجم السائل.
الإدارة الحرارية في دبابات الوقود
فبدون كونه طبيعيا، تخضع البيئة الحرارية داخل خزان الوقود للتصريف عبر الجدار والسائل، عن طريق نقل حراري مشع، وعن طريق أي امتلاك قسري من الخلط النشط، وإذا كان الدافع مسببا للبرد، فإن التسرب الحراري من خلال العزلة يمكن أن يدفئ السائل قرب الجدران، مما يؤدي إلى نشوء طبقة أخف لا ترتفع وتختلط.
الحلول الهندسية: أجهزة الإدارة البديلة
مبيدات الآفات السلبية: فانز، سكرينس، سبونغز
أما أكثر الحلول شيوعاً لإدارة الوقود في الجاذبية الصغرية فهي الديموغرافية السلبية، ولا تتطلب هذه الأجهزة قطعاً أو طاقة متحركة؛ فهي تعتمد فقط على التوتر السطحي والعمل في مجال الكبسولة، وتتكون من مجموعة من الشاحنات المعدنية الرقيقة التي تمتد من جدران الصهريج إلى المنفذ، وتصمم الشاحنات بدرجات حادة أو بؤر تخلق قنوات للضغط على الفول السوداني.
النظم النشطة: مفرقعات وقاذفات الغاز
وعندما تكون [الأجهزة الصنعية] غير كافية - على سبيل المثال في محركات عالية التدفق أو بعثات طويلة الأجل تتطلب استنزاف نظم كبيرة ناشطة من الصهاريج - يمكن استخدام المضخات الكهربائية لاستخلاص الوقود من الصهريج، ولكن يجب تصميمها لمعالجة تدفقين متطورين من الغازات، وكثيرا ما تستند إلى الأعاصير الطاردة المركزية أو آليات الدفع النحيلية، تزيل الازرار قبل وصول المضخات إلى السائل.
أساليب تسوية المنازعات
وثمة نهج ثالث يتمثل في استخدام المحركات الصغيرة للتعجيل المقتطع بأن " المحركات " التي تتجه نحو منفذ الصهريج، وقد استخدمت هذه الطريقة بصورة روتينية من قبل بعثات أبولو: فقبل إطلاق محرك التركة الرئيسية لأجهزة التحكم في المواقف الصغيرة، ستطلق النار لضغط السائل نحو المحركات، وتستخدم نفس الأسلوب في بعض المراحل العليا مثل محرك الدفع المشتعل في الفضاء.
التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية
إن تحديات سوائل الجاذبية الصغرية ليست نظرية؛ بل إنها واجهت وحلت في العديد من البرامج التاريخية والراهنة؛ وقد استخدمت المركبة الفضائية " أبولو " مزيجا من الديوكسينات الوبائية (الفانيات والشاشات) في صهاريج الدفع التابعة لدائرة الصواريخ، إلى جانب محركات التعبئة " المصممة حديثا " () في تصميم " محركات الصواريخ "
البحث الجاري والتوجيهات المستقبلية
وعلى الرغم من التجارب التي شهدتها هذه البلدان، فإن العديد من جوانب سلوك السوائل الجاذبية الصغرية لا تزال غير مفهومة، ولا سيما بالنسبة للمدافعين المبردين والتخزين الطويل الأجل، ولا تزال هذه المركبات تستضيف تجارب [العمليات المصغرة] في مجال الوقود (العملية المحتوية على مركبات ثلاثية الفلور) (العمليات المتطورة في المدار الثابت بالنسبة للأرض)([العملية]).
خاتمة
إن الجاذبية الصغرى ستحول السلوك المألوف للسوائل إلى نظام يسوده التوتر السطحي، وقوات الكبسولة، والغياب الكامل للطيور، وبالنسبة لنظم الوقود المركبة الفضائية، يتطلب هذا التحول هندسة دقيقة لأجهزة إدارة الوقود، واستراتيجيات التحكم الحراري، وآليات فصل الغاز، ومن الاختراق البسيط في حقبة أبولو إلى النظم النشطة المتقدمة المقترحة للمحركات الحرارية النووية، فإن كل حل هو انعدام للتحكم في السائل الأساسي.