محتويات المقال
يجري الإعداد رسمياً لإجراء اختبار حريق قمري من NASA لمواجهة أحد أكثر التهديدات رعباً للرحلات المأهولة المستقبلية: الاحتراق غير القابل للسيطرة في بيئة الجاذبية الجزئية. على كوكب الأرض، يمكن لتيارات الحمل الحراري الناتجة عن الجاذبية أن تخمد المواد القابلة للاشتعال جزئياً من خلال ظاهرة تُعرف باسم الانطفاء بالنفخ (Blowoff)، حيث تتصاعد الغازات الساخنة بسرعة وتسحب الأكسجين البارد. ومع ذلك، فإن بيئة القمر الفريدة تقدم سيناريو أكثر فتكاً لرواد الفضاء.
في ظل الجاذبية القمرية، لا يزال تدفق الأكسجين موجوداً ولكنه يتحرك بوتيرة أبطأ بكثير. هذا الحمل الحراري البطيء يغذي اللهب بالأكسجين باستمرار دون إحداث حركة بخار كافية لتحفيز حالة الانطفاء. ونتيجة لذلك، فإن المواد التي قد تُعتبر آمنة أو غير قابلة للاشتعال على الأرض يمكن أن تحترق إلى أجل غير مسمى داخل الموائل القمرية، مما دفع مخططي المهام إلى دراسة ألسنة اللهب في الفضاء قبل تأسيس وجود بشري دائم.
قصور معيار NASA-STD-6001B واختبارات الجاذبية الصغرى
لعقود من الزمن، اعتمد مهندسو الطيران والفضاء على معيار يُعرف باسم NASA-STD-6001B لفحص المواد قبل الرحلات. يتضمن هذا الاختبار الأرضي تعريض الجزء السفلي من مادة مثبتة عمودياً للهب بطول ست بوصات؛ وإذا احترقت المادة لأكثر من ست بوصات لأعلى أو تساقطت منها شظايا محترقة، فإنها تفشل في الاختبار. العيب الحاسم في هذا المعيار هو اعتماده على تيارات الحمل الحراري الأرضية والاتجاه الصارم لأعلى ولأسفل، وكلاهما لا ينطبق على البيئات المدارية أو القمرية.
في بيئة الجاذبية الصغرى، لا تتجه الحرائق إلى الأعلى. بدلاً من ذلك، تتشكل كتل كروية من اللهب تنتشر ببطء نحو الخارج، وتتغذى بشكل شبه كامل على أنظمة التهوية الخاصة بالمركبة الفضائية. ولفهم ذلك، قام الباحثون سابقاً بإشعال 1,500 حريق صغير على متن محطة الفضاء الدولية (ISS). ولكن لتجنب تعريض المحطة المأهولة للخطر، انتقلت وكالة NASA إلى تجارب سلامة الحرائق في المركبات الفضائية (Saffire). أُجريت هذه الاختبارات داخل كبسولة شحن Cygnus غير مأهولة قبل احتراقها في الغلاف الجوي للأرض.
خلال اختبارات Saffire، أشعل الباحثون ألواحاً كبيرة من القطن، والألياف الزجاجية، والأكريليك. واكتشفوا فيزياء غريبة، بما في ذلك انتشار ألسنة اللهب في الاتجاه المعاكس لتدفق الهواء واحتراقها بحرارة أعلى على المواد الرقيقة. وفي حين توفر أبراج الإسقاط 5 ثوانٍ من انعدام الوزن وتوفر رحلات الطيران المكافئ 25 ثانية، فإن أياً من الطريقتين لا يوفر البيانات طويلة المدى المطلوبة لفهم الاحتراق المستمر في الجاذبية الجزئية.
تفاصيل مهمة قابلية اشتعال المواد على القمر (FM2)
لسد الفجوة بين النماذج النظرية والظروف القمرية الفعلية، تستعد الوكالة لإطلاق تجربة قابلية اشتعال المواد على القمر (FM2). ستُجري تجربة FM2، التي ستنطلق كجزء من مهمة خدمات الحمولات القمرية التجارية (CLPS)، أول اختبارات احتراق خاضعة للرقابة مباشرة على سطح القمر.
تتميز التجربة بغرفة مستقلة ستقوم بحرق أربع عينات مختلفة من الوقود الصلب تحت تأثير الجاذبية القمرية الفعلية. هذا الإعداد من المستحيل حالياً تكراره في أي مكان على الأرض أو في المدار. ولرصد الفيزياء في الوقت الفعلي، سيتم تزويد الغرفة بكاميرات عالية الدقة، ومقاييس إشعاع، ومستشعرات أكسجين.
والأهم من ذلك، ستوفر مهمة FM2 دقائق من بيانات الاحتراق المستمر، وهو ترقية هائلة مقارنة بالثواني العابرة التي تم جمعها من اختبارات الإسقاط. ستعمل نافذة المراقبة الممتدة هذه أخيراً على ربط سلوكيات اللهب المرصودة في جاذبية الأرض (1G) وانعدام الجاذبية (ISS) مع النماذج النظرية للجاذبية الجزئية.
إعادة صياغة معايير سلامة الموائل الفضائية
يمثل الانتقال من الاختبارات الأرضية إلى بيانات السطح القمري الفعلية عنق زجاجة حاسماً لبرنامج Artemis. إن الاعتماد على معيار NASA-STD-6001B القديم يُعد مخاطرة عندما تشجع فيزياء الحمل الحراري القمري بنشاط على الاحتراق المستمر. إذا أثبتت تجربة FM2 أن مواد الطيران القياسية قابلة للاشتعال بشدة في سدس الجاذبية، فسيفرض ذلك تحولاً جذرياً وفورياً في كيفية بناء البنية التحتية خارج كوكب الأرض.
من المرجح أن تؤدي هذه البيانات إلى إعادة تصميم مكلفة ولكنها ضرورية للديكورات الداخلية للموائل القمرية، وأقمشة البدلات الفضائية، وأنظمة تهوية دعم الحياة. ورغم أن إطلاق غرفة حريق مستقلة إلى القمر يُعد مسعى باهظ التكلفة، إلا أن تكلفة نشوب حريق كارثي في موقع قمري دائم ستكون لا تُقدر بثمن. ستحدد نتائج تجربة FM2 في النهاية بروتوكولات السلامة للموقع الرئيسي التالي للبشرية في النظام الشمسي.
