يُعدّ إطلاق المناطيد على ارتفاعات عالية (HAB) بمثابة بوابة إلى الغلاف الجوي العلوي، حيث يوفر منصة فريدة للاستكشاف العلمي والمشاريع التعليمية واختبار التكنولوجيا. تتضمن هذه العملية إطلاق مناطيد مملوءة عادةً بالهيليوم أو الهيدروجين إلى ارتفاعات ينتقل فيها الغلاف الجوي للأرض إلى الفضاء، مما يوفر رؤى قيّمة في علوم الغلاف الجوي والإشعاع الكوني والرصد البيئي. يعتمد نجاح هذه البعثات على عوامل مختلفة، بدءًا من تصميم المنطاد ووصولًا إلى إدارة الحمولة، ومن بينها استخدام...أسطوانة من ألياف الكربونيلعب s دورًا محوريًا.
جوهر الطيران بالمنطاد على ارتفاعات عالية
تستطيع البالونات عالية الارتفاع أن ترتفع لأكثر من 30 كيلومترًا (حوالي 100,000 قدم)، لتصل إلى طبقة الستراتوسفير، حيث يُهيئ الهواء الرقيق واضطرابات الطقس البسيطة بيئة مثالية لإجراء التجارب والرصد. يمكن أن تتراوح مدة هذه المهمات بين بضع ساعات وعدة أسابيع، حسب الأهداف وتصميم البالون.
ديناميكيات التشغيل
يتطلب إطلاق منطاد عالي الارتفاع تخطيطًا وتنفيذًا دقيقين. تبدأ العملية بتصميم الحمولة، التي قد تشمل أجهزة علمية وكاميرات وأجهزة اتصال. يُحسب غاز رفع المنطاد، والذي عادةً ما يكون الهيليوم لخواصه الخاملة أو الهيدروجين لقدرته الفائقة على الرفع، بعناية لضمان وصول المنطاد إلى الارتفاع المطلوب أثناء حمل الحمولة.
وهنا يكمن التطبيق الحاسم لـأسطوانة من ألياف الكربونتوفر هذه الأسطوانات حلاً خفيف الوزن ومتينًا لتخزين غاز الرفع. توفر هذه الأسطوانات العديد من المزايا الأساسية لنجاح مهمات الرفع الجوي عالي الضغط:
1- كفاءة الوزن:الميزة الأهم هيأسطوانة من ألياف الكربونتتميز هذه الأسطوانات بانخفاض وزنها بشكل ملحوظ مقارنةً بالأسطوانات المعدنية التقليدية. يسمح هذا بحمولات أكبر أو أجهزة إضافية، مما يزيد من العائد العلمي لكل مهمة.
2- المتانة:ظروف الارتفاعات العالية قاسية، مع تفاوتات كبيرة في درجات الحرارة والضغط. تضمن مرونة ألياف الكربون قدرة الأسطوانات على تحمل هذه الظروف دون المساس بسلامة الغازات المخزنة.
3-السلامة:تُسهم نسبة القوة إلى الوزن في ألياف الكربون أيضًا في تعزيز السلامة. في حالة حدوث هبوط مفاجئ، تُخفّض كتلة ألياف الكربونأسطوانة من ألياف الكربونيشكل خطرًا أقل للضرر عند الاصطدام مقارنة بالبدائل الأثقل.
4-التخصيص والقدرة: أسطوانة من ألياف الكربونيمكن تصميمها لتناسب أحجامًا مختلفة، مما يتيح تحكمًا دقيقًا في حجم غاز الرفع. يتيح هذا التخصيص تحديد الارتفاع بدقة وتخطيط مدة المهمة بدقة.
التكامل في الحمولات
دمجأسطوانة من ألياف الكربونيتطلب إدخال الأسطوانات في حمولة المنطاد هندسة دقيقة. يجب تثبيت الأسطوانات بإحكام لضمان ثباتها طوال الرحلة. يجب أن تكون التوصيلات بالأجهزة أو آليات الإطلاق موثوقة، لأن الظروف الجوية القاسية للارتفاعات العالية لا تترك مجالًا كبيرًا للخطأ.
التطبيقات في البحث العلمي
استخدامأسطوانة من ألياف الكربونلقد وسّع استخدام المناطيد على ارتفاعات عالية آفاق البحث العلمي. بدءًا من دراسة استنفاد الأوزون وغازات الاحتباس الحراري، وصولًا إلى التقاط صور عالية الدقة للأجرام السماوية، تُقدّم البيانات المُجمعة من هذه الارتفاعات رؤىً ثاقبةً لا تُوفّرها الدراسات الأرضية.
المشاريع التعليمية والهواة
بعيدًا عن البحث، فإن الطيران بالمنطاد على ارتفاعات عالية معأسطوانة من ألياف الكربونأصبحت هذه المشاريع متاحةً للمؤسسات التعليمية والعلماء الهواة. تُلهم هذه المشاريع أجيالًا من العلماء والمهندسين المستقبليين من خلال توفير تجربة عملية في الاستكشاف العلمي الواقعي.
في البالونات عالية الارتفاع، يتم عادةً حقن غاز الهيليوم أو الهيدروجين فيأسطوانة من ألياف الكربوننظراً لقدرتها على الرفع. يُفضّل استخدام الهيليوم لطبيعته غير القابلة للاشتعال، مما يوفر خياراً أكثر أماناً، على الرغم من ارتفاع سعره. يوفر الهيدروجين قدرة رفع أعلى وهو أقل تكلفة، ولكنه ينطوي على مخاطر أعلى بسبب قابليته للاشتعال.
يمكن أن يختلف حجم الأسطوانة المستخدمة بناءً على المتطلبات المحددة لإطلاق المنطاد، بما في ذلك الارتفاع المطلوب، ووزن الحمولة، ومدة الرحلة. ومع ذلك، يتراوح الحجم الشائع لهذه الأسطوانات في مشاريع المنطاد عالية الارتفاع بين 2 و6 لترات للحمولات الصغيرة أو التعليمية أو للهواة، بينما يتراوح الحجم الأكبر، مثل 10 إلى 40 لترًا أو أكثر، للبعثات المهنية والبحثية. يعتمد الاختيار الدقيق على أهداف المهمة وتصميم النظام الشامل لضمان الأداء الأمثل والسلامة.
التطلع إلى الأمام
يواصل تطور مواد مثل ألياف الكربون والابتكار المستمر في تكنولوجيا المناطيد دفع حدود ما هو ممكن في مجال المناطيد عالية الارتفاع. وبينما نسعى لفهم المزيد عن كوكبنا والكون من حولنا، فإن دورأسطوانة من ألياف الكربونويظل الإسهام في هذه المساعي أمراً لا غنى عنه.
وفي الختام، فإن تطبيقأسطوانة من ألياف الكربونيُمثل استخدام المناطيد عالية الارتفاع تلاقيًا بين علم المواد وروح الاستكشاف. وبإتاحة مهام أخف وزنًا وأكثر أمانًا وموثوقية، لا تُعدّ هذه الأسطوانات مجرد مكونات للحمولة، بل تُعدّ محوريةً لفتح آفاق جديدة في أبحاث الغلاف الجوي وما وراءه.
وقت النشر: ٢٠ مارس ٢٠٢٤