بقلم نيفيديتا باتاتشارجي
بنجالورو (رويترز) – سيبقى رائدا فضاء من إدارة الطيران والفضاء الأمريكية (ناسا) على متن مركبة ستارلاينر التابعة لشركة بوينج في محطة الفضاء الدولية لشهور بسبب خلل في نظام الدفع الذي شملت مشاكله تسرب الهيليوم. وعلى الأرض تأجلت مهمة بولاريس داون التابعة لسبيس إكس بسبب مشاكل في الهيليوم في المعدات الأرضية.
هبطت مركبة الفضاء ستارلاينر التابعة لشركة بوينج غير المأهولة في صحراء نيو مكسيكو في وقت متأخر من يوم الجمعة.
من بين البعثات السابقة التي تأثرت بتسربات الهيليوم المزعجة، بعثة شاندرايان 2 التابعة لمنظمة أبحاث الفضاء الهندية، وبعثة أريان 5 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. لماذا تستخدم المركبات الفضائية والصواريخ الهيليوم، وما هو الأمر المعقد في هذا الصدد؟
لماذا الهيليوم؟
الهيليوم عنصر خامل – لا يتفاعل مع مواد أخرى أو يحترق – ورقمه الذري هو 2، مما يجعله ثاني أخف عنصر بعد الهيدروجين.
تحتاج الصواريخ إلى تحقيق سرعات وارتفاعات محددة للوصول إلى المدار والحفاظ عليه. ويتطلب الصاروخ الأثقل المزيد من الطاقة، الأمر الذي لا يؤدي فقط إلى زيادة استهلاك الوقود، بل ويحتاج أيضًا إلى محركات أكثر قوة، والتي تكون أكثر تكلفة في التطوير والاختبار والصيانة.
كما أن للهيليوم نقطة غليان منخفضة للغاية (-268.9 درجة مئوية أو -452 درجة فهرنهايت)، مما يسمح له بالبقاء غازًا حتى في البيئات شديدة البرودة، وهي ميزة مهمة لأن العديد من أنواع وقود الصواريخ يتم تخزينها في هذا النطاق من درجات الحرارة.
الغاز غير سام، ولكن لا يمكن استنشاقه بمفرده، لأنه يحل محل الأكسجين الذي يحتاجه الإنسان للتنفس.
كيف يتم استخدامه؟
يتم استخدام الهيليوم لزيادة الضغط على خزانات الوقود، مما يضمن تدفق الوقود إلى محركات الصاروخ دون انقطاع؛ وكذلك لأنظمة التبريد.
عندما يتم حرق الوقود والمواد المؤكسدة في محركات الصاروخ، يملأ الهيليوم المساحة الفارغة الناتجة في الخزانات، مما يحافظ على الضغط الكلي في الداخل.
نظرًا لأنه غير تفاعلي، فيمكنه الاختلاط بأمان مع المحتويات المتبقية في الخزانات.
هل هو عرضة للتسرب؟
إن الحجم الذري الصغير للهيليوم ووزنه الجزيئي المنخفض يعني أن ذراته يمكنها الهروب من خلال فجوات أو أختام صغيرة في خزانات التخزين وأنظمة الوقود.
ولكن بسبب وجود كمية قليلة جداً من الهيليوم في الغلاف الجوي للأرض، يمكن اكتشاف التسربات بسهولة – مما يجعل الغاز مهماً لتحديد الأعطال المحتملة في أنظمة وقود الصواريخ أو المركبات الفضائية.
في شهر مايو/أيار، قبل ساعات من محاولة مركبة ستارلاينر الفضائية التابعة لشركة بوينج إطلاق أول طاقم من رواد الفضاء، اكتشفت أجهزة استشعار صغيرة داخل المركبة الفضائية تسربًا صغيرًا للهيليوم على أحد محركات ستارلاينر، وقد قضت وكالة ناسا عدة أيام في تحليله قبل اعتباره منخفض المخاطر.
تم اكتشاف تسريبات إضافية في الفضاء بعد إطلاق ستارلاينر في يونيو، مما ساهم في قرار وكالة ناسا بإعادة ستارلاينر إلى الأرض بدون طاقمها.
يقول بعض المهندسين إن تكرار تسرب الهيليوم عبر الأنظمة المرتبطة بالفضاء سلط الضوء على الحاجة على مستوى الصناعة إلى الابتكار في تصميم الصمامات وآليات تضييق الصمامات الأكثر دقة.
هل هناك بدائل؟
وقد أجرت بعض شركات إطلاق الصواريخ تجارب على غازات مثل الأرجون والنيتروجين، وهي غازات خاملة أيضاً وقد تكون أرخص في بعض الأحيان. ومع ذلك، فإن الهيليوم أكثر انتشاراً في الصناعة.
تخلص الصاروخ الأوروبي الجديد أريان 6 من الهيليوم الذي كان موجودا في سابقه أريان 5 لصالح نظام ضغط جديد يحول جزءا صغيرا من الوقود السائل الأساسي المكون من الأكسجين والهيدروجين إلى غاز، ثم يقوم بعد ذلك بضغط هذه السوائل لمحرك الصاروخ.
وقد فشل هذا النظام في الفضاء خلال المرحلة النهائية من الإطلاق الناجح لأول مرة لصاروخ أريان 6 في يوليو/تموز، مما أضاف إلى القائمة الطويلة من تحديات الضغط التي تواجه صناعة الصواريخ العالمية.